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Este documento presenta definiciones clave de física de acuerdo al libro de texto Física sin Matemáticas de Clarence E. Bennett. Explica conceptos fundamentales como física, ciencia, materia, energía, fuerza, movimiento, así como unidades y sistemas de medida. También describe conceptos mecánicos como equilibrio, leyes de Newton, trabajo, energía y fricción. Finalmente, cubre temas de elasticidad, vibraciones, fluidos y presión. En resumen, provee una introducción general a los principios y conceptos

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DEFINICIONES DEL LIBRO DE TEXTO, FISICA SIN MATEMATICAS DE CLARENCE E. BENNETT 1.-INTRODUCCIÓN: EL MÉTODO CIENTÍFICO, CONCEPTOS FUNDAMENTALES, MEDIDAS Y UNIDADES BÁSICAS Física Ciencia natural que estudia la materia, energía y sus transformaciones, Ciencia: Cuerpo de conocimientos coherentes que proporcionan correctas explicaciones Ciencias naturales y ciencias exactas La primera se basa en la experiencia y la segunda en la deducción como las matemáticas Método científico Observación, experimentación, hipótesis, comprobación, teoría y ley Materia: Son todos los cuerpos de la naturaleza formados por átomos y moléculas. Energía: Es la capacidad para realizar trabajo sobre un sistema Fenómenos Son cambios o transformaciones que sufre la materia por la acción de la energía Fenómenos físicos y químicos Los primeros alteran la composición de la materia y los segundos no Ciencia y tecnología: Conocimientos teóricos prácticos que permiten aprovechar y transformar la naturaleza Conocimiento cualitativo y cuantitativo El primero es apreciativo general y el segundo es comprobable y particular Razonamiento deductivo: Método para encontrar la verdad que parte de lo general a lo particular (las matemáticas) Razonamiento inductivo: Método para encontrar la verdad que parte de lo particular a lo general (ciencias naturales) Magnitud: Son cantidades que se pueden medir Medir: Es comparar una magnitud desconocida con otra conocida como patrón de medida Dimensión de medidas directas o fundamentales. Longitud, masa, tiempo, corriente eléctrica, temperatura, iluminación y cantidad de sustancia Dimensión de medidas indirectas o derivadas: Velocidad, aceleración, trabajo, energía, potencia, presión, carga, voltaje, resistencia Aparatos de medida: Vernier, micrómetros, balanzas, dinamómetro, probeta, cronómetros, milímetros Sistemas de medida: Internacional (mks) Gaussiano (cgs) Ingles (pls) y Gravitacional
Sistema métrico decimal: sus medidas aumentan o disminuyen en múltiplos o submúltiplos en potencias de diez Medidas derivadas más frecuentes: Área, volumen, densidad, masa y peso molecular Patrones atómicos de longitud y tiempo: Metro =1'650,763.73 ondas de kriptón 86, tiempo = 9,19'637,770 vibraciones de un isótopo del cesio. Patrón de longitud: Kg= la masa de un cilindro de platino e iridiado que está en las oficinas de Sevres Francia. Unidades fundamentales del sistema internacional (mks) metro, kilogramo, segundo, ampere, kelvin, candela y mol Notación científica: La cantidad se presenta con dos decimales multiplicada por potencias de diez Transformación de unidades: Conversión homogénea de cantidades que tienen la misma dimensión Errores de medida: Ocasionados por el aparato empleado o por la personal que toma la medida Incertidumbre: Se representa por la precisión, error absoluto y error relativo Precisión: La aproximación de la medida al valor aceptado Error absoluto: Es la diferencia entre el valor medido y el valor aceptado Error relativo: Es el cociente entre el error absoluto y el valor aceptado Representación de resultados Gráficas donde los datos se interpolan o extrapolan Interpolación. Localización de resultados entre los datos registrados Extrapolación Localización de resultados fuera de los datos registrados conforme a su tendencia Gráficas de resultados Representaciones en dos dimensiones de barras, líneas, o de pastel. 3.-CONSIDERACIONES MECÁNICAS FUERZA Y MOVIMIENTO, NATURALEZA VECTORIAL DE LA FUERZA, EQUILIBRIO, LEYES DE MOVIMIENTO E ÍMPETU Mecánica: Estudia el movimiento y se divide en cinética, dinámica y estática Cantidades escalares Que quedan totalmente representadas por su magnitud y su unidad de medida Cantidades vectoriales
Medidas que constan de magnitud y orientación (dirección, sentido y punto de aplicación) Ejemplos de magnitudes escalares: Longitud, área, volumen, masa, densidad, tiempo, temperatura Ejemplos de magnitudes vectoriales: desplazamientos, velocidades, fuerzas Posición Ubicación exacta de un objeto en el espacio Movimiento Cambio de posición de los objetos Tipos de movimiento Uniforme (velocidad constante) variado o acelerado (velocidad variable) Trayectoria La distancia escalar recorrida durante todo el trayecto Desplazamiento Vector cuya magnitud y orientación se obtiene al unir el punto inicial y final del movimiento Velocidad Vector obtenido con el cociente del desplazamiento entre el tiempo empleado Velocidad instantánea se obtiene cuando se considera esta en un tiempo infinitamente pequeño Velocidad uniforme Se obtiene cuando se recorren distancias iguales en tiempos iguales Velocidad media Es el promedio aritmético de todas las velocidades en el trayecto considerado Rapidez Es la magnitud escalar de la velocidad sin considerar orientación Movimiento rectilíneo uniforme magnitud constante y dirección lineal Movimiento uniformemente acelerado La velocidad varia uniformemente con respecto al tiempo y en dirección lineal Aceleración Vector cuyo cociente mide el cambio de velocidad con respecto al tiempo Masa. Cantidad de materia que tiene un cuerpo Inercia Es el efecto que produce una masa que se opone a cambiar su reposo o movimiento Peso Es la fuerza con la que es atraída la masa por la gravedad de la tierra Gravedad
Es la aceleración que impone la tierra a los cuerpos para atraerlos a su centro Caída libre de los cuerpos Es un movimiento uniformemente acelerado ocasionado por la atracción de la tierra Valor de la aceleración de la gravedad Al nivel del mar es de 9.8 metros/segundo2 o bien de 32 pies/segundo2 Cantidad de movimiento de un cuerpo Es el producto de su masa por su velocidad La cantidad de movimiento es conservativa en un sistema cerrado Dos cuerpos chocando con masas y velocidades desiguales se combinan antes y después Galileo Padre de la ciencia experimental Plano inclinado Cualquiera que sea su inclinación una bola recorre una distancia que aumenta con el Cuadrado del tiempo. Fuerza Modifican el estado de reposo o movimiento de los cuerpos Acción de las fuerzas Por contacto (fuerza directa) a distancia (campo gravitatorio o eléctrico) Componentes de una fuerza Descomposición de la fuerza en su parte horizontal y vertical Dinamómetro. Aparato para medir fuerza con una escala en newtons o dinas Unidades de fuerza Es el newton que se obtiene de multiplicar un kilogramo por una aceleración de un metro sobre segundo al cuadrado o bien la dina que se obtiene de multiplicar un gramo por una aceleración de un centímetro sobre segundo al cuadrado. Kilogramo fuerza Es igual a 9.8 newtons Sistema de fuerzas Conjunto de fuerzas aplicadas que pueden ser sustituidas por una fuerza resultante Ejemplos de sistema de fuerzas Colineales (en la misma línea de acción) y concurrentes (formando un ángulo entre ellas) Suma vectorial para dos vectores Método del paralelogramo donde la resultante se localiza en la diagonal formada Resultante Vector único que da el mismo resultado del sistema de vectores que se suman Suma vectorial para más de dos vectores Método del polígono, se colocan uno seguido de otro y la resultante es el desplazamiento Suma de dos vectores iguales con un ángulo de 120 grados
Su resultante está en la bisectriz de ellos con la misma magnitud Suma de dos vectores iguales con un ángulo de 90 grados Su resultante está en la bisectriz de ellos con una magnitud de 1.4 Equilibrio de los cuerpos Es estable, inestable e indiferente, por el punto de suspensión y su centro de gravedad Momento de un cuerpo Es el producto de la fuerza aplicada por el brazo de palanca empleado Condiciones de equilibrio La suma de fuerzas es cero (primera) y la suma de torcas o giros e cero (segunda) Primera ley de newton Todo cuerpo continua con su estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme si no hay una Fuerza exterior que lo modifique Segunda ley de newton Si se aplica una fuerza constante a un cuerpo su aceleración es directamente proporcional a La fuerza e inversamente proporcional a su masa Tercera ley de newton A toda acción corresponde una reacción igual y de sentido contrario Ejemplo de la primera ley Una patinadora sobre hielo se desliza con el simple impulso por inercia en línea recta Ejemplo de la segunda ley Un carrete de hilo se enrolla sobre si mismo al ser jalado por una fuerza, conservando su Dirección y sentido. Ejemplo de la tercera ley El movimiento de una avión a reacción Ley científica Es la explicación razonable y comprobable de un conjunto de experimentos observados Ley de gravitación universal La fuerza de atracción de dos cuerpos es directamente proporcional al producto de sus Masas e inversamente proporcional al cuadrado de su distancia entre ellos. Consecuencias de la gravitación Por esta fuerza se han creado las estrellas nebulosas cometas y planetas en el universo 4.-CONSIDERACIONES MECÁNICAS TRABAJO ENERGÍA Y FRICCIÓN Energía Es la capacidad para realizar trabajo Trabajo Se realiza cuando una fuerza se aplica a un cuerpo y lo desplaza en dirección de la fuerza o Bien con cierto ángulo entre el desplazamiento y la fuerza. Energía potencial Es la que posee un cuerpo debido a su posición o altura sobre el suelo Energía cinética La que tienen los cuerpos cuando transforman su energía potencial en movimiento
Unidad de energía Es el joule el cual se obtiene multiplicando un newton por metro o bien el ergio que se obtiene al multiplicar la dina por un centímetro Equivalencias de energía Una caloría Es igual a 4.18 joules Conservación de la energía Se mantiene constante en un sistema aislado y en el universo Formas de energía luminosa, térmica o calorífica, eléctrica, magnética, electromecánica, nuclear o atómica, hidráulica, eólica, radiante, química. Potencia es la rapidez con la que se realiza el trabajo y depende del desplazamiento del cuerpo y la fuerza aplicada. Unidad de potencia Es el watt o vatio que es igual al trabajo de un joule entre el tiempo de un segundo Maquinas simples son dispositivos que permiten obtener ganancia siempre a favor entre la fuerza aplicada y la resistencia vencida Ejemplos de maquinas simples la palanca, polea. , rueda, eje, engranes, plano inclinado, tornillo, cuña, etc. las maquinas simples sirven para aumentar la rapidez, multiplicar la fuerza o bien cambiar su dirección. Palanca es una barra rígida apoyada en un punto intermedio llamado fulcro, El momento de una fuerza sobre una palanca Es el producto de la fuerza aplicada por el brazo de palanca, la cuan en condiciones de Equilibrio debe ser igual al otro extremo Los tres géneros de las palancas Intermóvil, interesistente e interponerte, ejemplos: tijera, carretilla y escoba, respectivamente. Poleas Únicamente cambian la dirección de la fuerza Polipasto Dividen el peso de la carga por el numero de cables internos que tienen sus poleas móviles Fricción Es la fuerza que se opone al movimiento de un cuerpo sobre la presencia de otro. Formas de fricción En presencia del aire, por rodamiento o deslizamiento de un cuerpo sobre otro. Coeficiente de fricción Es la relación de la fuerza tangencial de fricción y la fuerza perpendicular que aprieta entre Si las dos superficies Formula del coeficiente de fricción El coeficiente es una constante que es igual a la fuerza tangencial entre la fuerza normal. 5.-CONSIDERACIONES ELÁSTICAS: VIBRACIONES Y FLUIDOS Elasticidad.
Capacidad que tienen los sólidos de recuperar su forma original después de haberse Deformado por efecto de una fuerza Ejemplo de un cuerpo elástico El resorte estirado por causa de un peso suspendido de el Ley de Hooke La fuerza de restitución (esfuerzo) es proporcional a la deformación fraccional (unitaria) Movimiento armónico simple A partir de la posición de equilibrio la aceleración del cuerpo varia directamente con el Desplazamiento (amplitud) Movimientos vibratorios Es periódico (frecuencia), tiene amplitud a partir de la posición de equilibrio Resonancia. Ocurre cuando el cuerpo se pone vibrar con un periodo igual a la frecuencia natural del Cuerpo, Péndulo simple Consiste en una bola o lupa atada a una cuerda, la cual se pone a oscilar sobre su posición de equilibrio vertical Formula del periodo de un péndulo El periodo es igual a 2π multiplicado por la raíz cuadrada del cociente de su longitud Entre el valor de la gravedad Líquidos Estado de la materia formado por átomos y moléculas que tienen un volumen definido que Puede ser contenido en un recipiente, son prácticamente invariantes e incomprensibles Vasos comunicantes Recipientes contectados entre si por su parte inferior en donde el liquido exhibe el mismo Nivel sin importar la forma de los contenedores Características de los fluidos Poseen una interface que se comporta como una membrana para la tensión superficial y no Soportan fuerzas tangenciales, solo pueden aplicárseles fuerzas perpendiculares Densidad Es la medida de materia contenida en un volumen definido, el agua posee densidad igual a la Unidad, la gasolina menor a la unidad y la cajeta es mayor a la unidad Densidad relativa Es la relación entre la densidad de la sustancia y la densidad del agua Presión Es la fuerza aplicada entre el área Unidad de presión el pascal es igual a una fuerza de un newton aplicada a un metro cuadrado Presión de un líquido Se transmite con la misma intensidad y en todas direcciones Presión sobre las paredes Aumenta con la profundidad del contenedor Presión de una columna liquida depende del peso especifico de liquido
Principio de pascal La presión aplicada a un fluido encerrado se transmite intégramele en cada punto del fluido de las paredes del recipiente Prensa hidráulica La presión es la misma en los dos émbolos no obstante que las áreas son desiguales Aplicaciones del principio de pascal Elevador hidráulico, gato hidráulico, amortiguadores de automóviles, frenos hidráulicos Principio de Arquímedes Todo cuerpo sumergido en un liquido recibe un empuje de abajo hacia arriba, igual al peso que Desaloja Condición de equilibrio Un cuerpo que flota o parcialmente sumergido esta en equilibrio cuando la fuerza de empuje Equilibra su peso. Ejemplos de cuerpos flotantes Barcos, boyas, submarinos, ludion, iceberg y aeróstatos Gases Estado de la materia formado por átomos y moléculas que ocupan todo el espacio disponible Neumostatica Parte de la Física que estudia los gases Características de los gases Son compresibles, expansibles y elásticos Aire Un metro cubico de aire pesa 1.29 kilogramos Experimento de Magdeburgo dos semiesferas huecas permanecen unidas fuertemente cuando se extrae el aire entre ellas Barómetro de Torricelli Consta de un recipiente lleno de mercurio al que se le invierte un tubo de ensaye, se aprecia Una columna de mercurio con una altura de 76 centímetros del contenedor Atmósfera Es la presión al nivel del mar que se mide con una altura de mercurio de 76 centímetros Aparatos que funcionan con la presión atmosférica Pipeta, sifón, jeringa, bomba aspirante o impelente y el barómetro 6.-ONDAS Y SONIDOS Sonido Es el fenómeno producido por la vibración de un cuerpo que se propaga a través del aire con Movimiento ondulatorio longitudinal Acústica Parte de la Física que estudia el sonido Mecanismos del sonido Formas de producción, transmisión y recepción Diapasón Varilla metálica en forma de horquilla que al golpearla vibra produciendo un sonido puro
Medios de transmisión del sonido En sólidos y líquidos, en el vacio no hay sonido Velocidad del sonido En aire 340 kilómetros por segundo, en agua 1,435 y en acero 5,000 kilómetros por segundo. Cualidades del sonido intensidad, tono y timbre Intensidad Mide lo fuerte o débil de la señal o sonido Tono Es la frecuencia del sonido Timbre Calidad que identifica el instrumento que produce el sonido Unidad del sonido Se mide en decibeles donde la conversación ordinaria es de 41 a 60 decibeles Limites audibles para el hombre Entre los 16 a los 20,000 Herz de frecuencia Reflexión del sonido Efecto producido cuando las ondas se reflejan por el choque sobre una superficie dura Eco Es la repetición de un sonido causada por la reflexión Reverberación Es la persistencia de un sonido dentro de un local después que ha desaparecido su causa Efecto Doppler Es el cambio aparente de la frecuencia producida por el movimiento relativo de la fuente con respecto a su observador Ondas de radio Producidas por circuitos eléctricos oscilantes y se emplean en transmisiones de radio, televisión y radar Clases de movimientos ondulatorios Transversales como una cuerda, ondas sobre el agua o la luz, longitudinales como el sonido Importancia de las ondas Transmiten energía a grandes distancias sin que la materia se desplace Características de las ondas Longitud de onda, nodo, elongación, frecuencia, periodo, amplitud y posición de equilibrio Longitud de onda Es la distancia entre una cresta y otra o bien entre valles consecutivos para una onda transversal Nodo Es el punto donde la onda cruza la línea de equilibrio Elongación Es la distancia en forma perpendicular de un punto de la onda a la línea de posición de equilibrio Amplitud
Es la distancia entre el punto extremo que alcanza una partícula vibrante y su posición de Equilibrio Frecuencia Es el número de ondas que se producen en un segundo Periodo Es el tiempo en que se produce la onda y es numéricamente inversa a la frecuencia Unidad de frecuencia Es el Herz que es igual al número de vibraciones producidas en un segundo Ondas estacionarias Produce cuando la misma onda se refleja con la misma velocidad pero en sentido opuesto, forman nodos y antinodos Refracción de ondas Es el cambio de velocidad producido cuando una onda atraviesa un medio distinto Reflexión de ondas Es el rebote de una onda sobre una superficie refringente o reflejante Pulsaciones Es la superposición de ondas con una frecuencia ligeramente diferente que forman una onda compleja la cual se repite con el tiempo Interferencia de ondas Por su longitud y frecuencia las ondas pueden tener una interferencia constructiva o destructiva, siempre que coincidan sus crestas con sus valles o bien que se inviertan Velocidad de una onda Es el producto de su frecuencia por su longitud de onda Ondas en tubos La longitud de onda fundamental en un tubo abierto es el doble del largo del tubo, en uno Cerrado la longitud de la onda fundamental es cuatro veces la longitud del tubo. Sobretonos En un tubo abierto se pueden tener el doble de sobretonos armónicos que un tubo cerrados en este ultimo caben únicamente cuatro impares de la longitud de onda, mientras que en el cierto caben todos los cuartos de longitud de onda. Figuras de Chladni Son figura formadas en placas y varillas que vibran, se aprecian en placas a las que se les Espolvorean arena fina que son frotadas por un arco de violín Sobretonos Son modos de vibración formada por los segmentos de vibración empleados Aparatos para ondas estacionarias Aparato de Kundt y de Melde 7.-CONSIDERACIONES SOBRE LA MATERIA: CONSTITUCIÓN, PROPIEDADES DE LOS GASES Y FENÓMENOS DE SUPERFICIE Estados físicos de la materia Se encuentra en tres estados, sólida, liquida y gaseosa Sólido No cambia de forma y volumen, sus moléculas están fuertemente unidas por una fuerza de Cohesión
Liquido Varía su forma sin cambiar el volumen Gaseoso Varían su forma y volumen Energía cinética de las moléculas Como resultado de sus vibraciones las moléculas poseen energía Calor sensible es el que hace variar únicamente la temperatura del cuerpo Calor latente Es la cantidad de calor para cambiar su estado físico sin producir un cambio en su temperatura Moléculas Son las unidades más simples conocidas de una sustancia química Átomos Pequeños componentes de materia formados por protones electrones y neutrones Protón Partícula con carga positiva y se encuentra en el núcleo Electrón Partícula con carga negativa y se encuentra girando en órbita alrededor del núcleo Neutrón Partícula sin carga que está en el núcleo del átomo Electrostática Carga eléctrica producida por el frotamiento de dos cuerpos diferentes Carga negativa por frotamiento Ebonita frotada con piel se carga negativamente Positiva por frotamiento vidrio frotado con seda se carga positivamente Movimiento browniano Las moléculas de las sustancias se encuentran vibrando. Como sé demuestra cuando se ve al Microscopio a partículas finas de polen sobre una gota de agua Teoría cinética de la materia Las moléculas son pequeñas partículas esféricas que tienen energía interna capaz de moverse con una velocidad media característica como ocurre para e nitrógeno que es de unos 500 metros por segundo Cero absoluto La temperatura limite que está a -273 grados centígrados, que de acuerdo a la teoría cinética La actividad molecular debe ser mínima Presión La teoría cinética establece que es la fuerza por unidad de área que ejercen las moléculas al Chocar sobre el recipiente que las contiene Temperatura La teoría cinética establece que es la energía cinética promedio de las moléculas Cohesión Fuerza que mantiene unidas a las moléculas del cuerpo Adherencia
Es la atracción que se manifiesta entre moléculas diferentes como un líquido y su contenedor Capilaridad Son aquellos tubos que tienen su diámetro comparable al grueso de un cabello Efectos de capilaridad Mientras más delgado sea el tubo más alto ascenderá el agua, en el caso de mercurio sucede lo contrario, se produce en contra de los principios de la hidrostática y la gravedad, por efecto de la cohesión y adherencia. Tensión superficial Las moléculas en un liquido se atraen en todos los sentidos, sin embargo sobre la superficie o interface no tienen una fuerza por encima de ellas, lo cual produce una tensión sobre estas Ejemplo de tensión superficial Un insecto puede caminar por encima del agua ya que esta se comporta como una membrana Que opone resistencia para ser penetrada Difusión sí dos líquidos distintos se ponen en un tubo común, después de algún tiempo se encuentra que han penetrado uno sobre el otro mezclando sus moléculas uniformemente Osmosis Ciertas sustancias actúan como válvulas de un solo sentido para el paso de ciertos fluidos, Como ocurre con las células vivas Hidrodinámica Parte de la Física que estudia los líquidos en movimiento Principio de Bernoulli En un liquido en movimiento la suma de las energías cinética y potencial mas el trabajo externo menos el rozamiento es igual a una constante en todas las secciones de su conducto o tubería Salida de un liquido a través de un orificio El liquido que sale pierde energía potencial y gana energía cinética, la velocidad aumenta con La profundidad del orificio Relación entre la velocidad y la sección del tubo Cuanto mentó es la sección del tubo conductor mayor es la velocidad de salida del liquido Relación entre la presión y la velocidad de un líquido A mayor presión menor velocidad y a menor presión mayor profundidad Ejemplo de un ala de avión El ala se eleva debido a que es mayor la presión en su parte inferior, debido a que la corriente De aire es de menor velocidad que la parte de arriba 8.-CONSIDERACIONES TÉRMICAS- LA NATURALEZA DEL CALOR, TERMOMETRÍA, DILATACIÓN, CALORIMETRÍA Y CAMBIOS DE ESTADO Calor Energía que producen los cuerpos, se manifiesta por su temperatura, dilatación y cambios de Estado Origen del calor El conde de Rumford al taladrar el bronce para la fabricación de cañones observo que el calor se obtenía del movimiento o fricción por las brocas utilizadas, una chata o roma y otra puntiaguda. Producción del calor Es originado por el movimiento de sus moléculas debido a la energía cinética que poseen Concepto de calor es la suma de la energía cinética de todas sus moléculas
Manifestación del calor Es una forma de energía que se produce por la transformación de otra forma de energía debido al principio de conservación que dice que nada se crea ni se destruye solo se transforma Temperatura Es el efecto que tiene el calor y es la medida de energía interna que tienen los cuerpos Definición de temperatura Es la medida de la energía cinética media de cada molécula de la substancia Diferencia entre calor y temperatura El calor es la suma de la energía cinética de todas las moléculas y la temperatura la energía Cinética media de cada molécula Medida de la temperatura Para obtener mediciones exactas se emplean termómetros de mercurio, alcohol y metálicos. Termómetro de mercurio Consta de un tubo de vidrio capilar sin aire, con un deposito esférico o cilíndrico que Contiene determinada cantidad de mercurio. Funcionamiento del termómetro En base en la dilatación o contracción que experimenta el mercurio cuando se pone en contacto con un cuerpo caliente o frió Calibración del termómetro La primera medida a cero grados se obtiene con la marca que da el termómetro cuando se tiene una mezcla de hielo picado y agua y la segunda marca a 100 grados cuando se introduce el termómetro en los vapores de agua. Unidad de calor Puesto que el trabajo se transforma en calor y este en trabajo, el calor se mide en joules y Tiene una equivalencia en calorías Caloría Cantidad de calor que se suministra a un gramo de agua para que se eleve un grado Centígrado, de 14.5 grados a 15.5 grados. Transformación de trabajo en calor una caloría es igual a 4.18 joules Termodinámica Parte de la Física que trata de la transformación de energía mecánica en calor y el calor en Trabajo Maquinas térmicas De vapor, turbina y el motor de combustión interna Termometría Es la rama de la termodinámica que se encarga de la medición de la temperatura, mediante las escalas de termómetros que utilizan la dilatación térmica en sus lecturas. Puntos fijos en las escalas Se utiliza la temperatura del hielo fundiéndose y la temperatura a la que hierve el agua a una Presión normal de una atmósfera con una medida barométrica de 76 cms. De mercurio. Escala Celsius y Fahrenheit La congelación se gradúa en cero y 32 grados respectivamente y la ebullición en 100 y 212 Respectivamente, con una escala de división de 100 y 180 grados respectivamente Conversión de una escala a otra
Para obtener grados Fahrenheit se multiplican los grados centígrados por 1.8 (9/5) y su resultado se le suma 32. Correspondencia entre escalas Incidentalmente se encuentra que las dos escalas coinciden a -^0 grados una de otra. Coeficiente de dilatación Para los sólidos y líquidos se puede obtener por cada substancia un coeficiente de dilatación lineal, superficial y volumétrica. Dilatación para los gases El coeficiente de dilatación cubica es aproximadamente para todos los gases una fracción de 1/273 partes de su volumen inicial, por cada grado Celsius, así mismo si se enfría un grado Celsius se reducirá en esta misma proporción. Escala absoluta de temperaturas Debido a que la teoría cinética establece que todo movimiento molecular cesa a una temperatura de -273 grados centígrados, se establece el cero absoluto a esa temperatura en una escala de temperaturas kelvin, por lo que la fusión del hielo queda a 273 grados y su ebullición a 373 en esta escala. Fuerzas moleculares en la dilatación térmica Cuando se calienta el acero este aumenta su longitud 11/1,000,000 partes, esto significa que un puente de un kilómetro de longitud aumentara unos 55 cms cuando su temperatura de -10 grados a+40 grados centígrados. Dilatación térmica, termostatos Una tira de hierro sujeta a una tira de latón de la misma longitud se encorva en un 50% al calentarse, porque el latón se dilata en un 50% más que el hierro, incidentalmente el cemento y el acero tienen afortunadamente el mismo coeficiente de dilatación. Ley general de los gases La presión multiplicada por el volumen y dividida entre la temperatura da una cantidad constante, de aquí se desprende la ley de Boyle a temperatura constante, la ley de charles a volumen constante y la de Gay Lussac a presión constante. propiedades de los gases Varían considerablemente con la temperatura y la presión Condiciones normales Se dice que un gas esta en esas condiciones cuando la presión es a nivel del mar y a cero grados centígrados Ley de Boyle la presión varia inversamente con el volumen cuando se encuentra a temperatura constante Ley de gay Lussac volumen varia directamente con la temperatura cuando se encuentra a presión constante Ley de Charles La presión varía directamente con la temperatura cuando se encuentra a volumen constante La unidad térmica británica (BTU) y la caloría En estados unidos se emplea la BTU que es igual a 252 calorías. Calorimetría y calor específico Es el la medida del calor y el calor especifico se obtiene como el calor necesario para elevar La temperatura en un grado Celsius, un gramo de la substancia en cuestión. Estados de la materia Los tres estados sólido, liquido y gas dependen del contenido de calor, un cambio de estado implica una adición o sustracción de una cierta cantidad, así también se requiere de una caloría para elevar un grado centígrado un gramo de agua.
Cambios de estado De sólido a liquido = fusión, de liquido a vapor = vaporización, de sólido a gas = sublimación De vapor a liquido = condensación de liquido a sólido = solidificación De gas a liquido = licuación Ebullición De liquido a vapor, el cual se efectúa en cualquier parte del liquido no únicamente en su Superficie libre como ocurre con la vaporización Calor latente de vaporización Cuando se llega a la ebullición se requieren 540 calorías para convertir un gramo de agua en vapor Cambios de temperatura de la ebullición con la presión En condiciones normales de presión igual a una atmósfera el agua hierve a 100 grados Centígrados, en una olla exprés con una presión de 2 atmosferas, el agua hierve a 120 grados Centígrados, lo cual hace que los alimentos se cocinen en un menor tiempo que en condiciones Normales. Presión del vapor Las moléculas encerradas originan una presión cuando se acumulan, se llama presión de vapor saturado a la temperatura en la cual las moléculas que salen por la ebullición son las mismas a las que se reciben al pasar del vapor al liquido, haciendo coincidir esta presión con la atmosférica. Humedad El vapor de agua en el aire proporciona humedad, cuando el agua se separa del aire se dice Que su humedad relativa es del 100%. Humedad absoluta Es la cantidad de vapor de agua que contiene un volumen dado de aire Humedad relativa Es el cociente de la humedad absoluta entre la máxima cantidad de vapor que puede contener Roció Es la máxima cantidad posible de humedad en el aire, el punto de roció ocurre en un vaso con hielo porque su temperatura es suficientemente inferior a la del aire, haciendo que la entidad de vapor de agua presente llegue a la saturación Roció en el césped Se forma en anocheceres cuando su temperatura disminuye lo suficiente (probablemente por radiación) para que el vapor de agua presente llegue a la saturación, si la temperatura es muy baja el vapor de agua cambia directamente a hielo formándose escarcha. Girómetro giratorio Cuando se hace girar como matraca mide la humedad relativa, mediante la diferencia de las lecturas obtenidas en dada uno de sus bulbos seco y húmedo. Congelación, calor de fusión Hay que sustraer 80 calorías por gramo para congelar el agua líquida. Refrigeración, utilización del calor de fusión Las 80 calorías para convertir el agua en hielo se obtiene de los alimentos del refrigerados y por ello se aísla el refrigerador para que no sea obtenida del exterior. Calefacción de las casas, utilización del calor de evaporización Las 540 calorías liberadas por cada gramo de agua condensado por el radiador, contribuyen al calentamiento de la habitación
Sublimación Muchas substancias pasan de sólido a liquido sin pasar por la fase liquida, gran parte de la nieve que se encuentra en el suelo durante el invierno se sublima en lugar de fundirse. Aire liquido Todos los gases pueden ser licuados y solidificados el aire liquido se encuentra a-180 grados v centígrados, en condiciones normales esta hirviendo como el gas que conocemos, asimismo el aire liquido como el hielo seco no debe encerrarse en un recipiente porque este explotaría ya que liberaría una gran presión, toda vez que su presión de vapor saturado es de muchas atmósferas. Efecto de la presión en el punto de congelación Un patinador ejerce presión en una pista, haciendo que aparezca una delgada capa de agua apreciable por la trayectoria que lleva, después casi instantáneamente esa agua se regela al suprimirse la presión del patinador, esto explica el modo como los heleros se deslizaron sobre grandes porciones de la tierra. Punto triple A una temperatura de cero grados centígrados y una presión de 4 milímetros de mercurio, el Agua hierve y se congela simultáneamente, coexistiendo sus tres fases, sólida, liquida y Gaseosa. 9.-CONSIDERACIONES TÉRMICAS, LA NATURALEZA DE LA TRANSMISIÓN DEL CALOR, LA TEORÍA CUÁNTICA Y ALGUNAS CONSIDERACIONES HISTÓRICAS. El calor puede transmitirse de un lugar a otro La temperatura es la propiedad que determina la dirección en la que fluye el calor de un Cuerpo a otro. Cantidad de calor Como no puede verse ni pesarse el calor se mide por la cantidad que un cuerpo caliente cede a Otro frió Se transmite o fluye el calor (no el frió) El calor fluye de regiones de alta temperatura a baja temperatura, el frió no invade una casa, m realidad el problema es aislar la casa para evitar que el calor del interior escape al exterior, similarmente usamos ropa caliente para mantener el calor del cuerpo. Las tres formas en que se transmite el calor por conducción, convección y radiación Buenos conductores de calor Metales como la plata, cobre, oro, estaño, aluminio y fierro Malos conductores de calor Aire y gases con excepción del hidrogeno, agua y otros líquidos, Conducción Forma en la que se transmite el calor en los sólidos, las moléculas reciben directamente el calor aumentan sus vibraciones y las comunican con las contiguas y van transmitiendo una a una el calor. Ejemplo de conducción El calor que se transmite de una cuchara colocada en un extremo en una parrilla de gas Convección Transmisión del calor en líquidos y gases a través de masas de agua y gas mediante su Circulación Ejemplo de convección en un cubo de hielo flotando en un vaso con agua Se establecen corrientes de agua donde la más fría se hunde al fondo y las porciones tibias se Elevan a la superficie marina en el día el calor va del mar a la costa
Brisa terrestre En la noche el calor va de la costa al mar Causas La costa se caliente y se enfría rápidamente y el mar se calienta y enfría lentamente Radiación Es la transmisión del calor de unos cuerpos a otros sin ningún medio material entre ellos Ejemplos de radiación Chimenea, focos, fogatas, una plancha, calefactores eléctricos etc. Espectroscopia Es el análisis de las radiaciones de la luz, el calor está ligado con la luz Ley de radiación térmica La rapidez con la que se radia calor depende de la superficie del cuerpo radiante, su temperatura y naturaleza, la temperatura tiene una proporcionalidad con esa rapidez a la cuarta potencia Superficies rugosas y lisas Las primeras se enfrían mas rápido que las segundas y las negras más que las blancas, así mismo un buen radiador también es un buen absorvedor de calor debido a que una substancia absorbe calor radiante en la misma proporción en que lo emite Invernadero Local cerrado con paredes de vidrio destinado a proteger del frió invernal a las plantas ornamentales o frutales Radiómetro de Crookes Esfera con cuatro paletas que giran cuando el calor radiante llega, demostrando que el calor es capaz de producir presión La botella "termo" Reduce los tres modos de transmisión de calor mediante una doble pared con vacio y una pared interna plateada. Eficiencia de la botella "termo" Mantiene por más tiempo lo frió que lo caliente, porque los cuerpos calientes, radian espontáneamente el calor que los fríos. Transmisión selectiva de radiación Ciertas substancias son más transparentes a las ondas luminosas cortas que a las térmicas largas, por ejemplo los cristales de un invernadero, en donde la luz incidente entra y es absorbida, transformándose en ondas de calor que quedan atrapadas. Teoría cuántica de Marx Planck Encontró que la energía radiante se propaga como una perturbación ondulatoria discreta, en Porciones o paquetes de una unidad elemental llamada cuantos o quanta. Algunos aspectos filosóficos de la teoría cuántica La teoría cuántica tiene un aspecto corpuscular para explicar la naturaleza de la energía radiante, sin embargo se requiere la hipótesis ondulatoria para completar los fenómenos observados, motivo por el cual la parte corpuscular explica fenómenos principales pero no a detalle como la parte ondulatoria La nueva física va mas allá que la física clásica La física de newton es solo diferente de la nueva física en el terreno sub microscópico, motivo por el cual
esta última es mas general que la física de newton, quedando establecido que una nueva teoría debe abarcar la teoría anterior suficientemente comprobada. Discrepancias adicionales de la Física clásica El estudio del movimiento relativo que ha sido explicado por Einstein, el postulado de que ningún cuerpo puede tener una velocidad mayor a la luz, no parece razonable desde el punto de vista de la Física clásica newtoniana. 10.-CONSIDERACIONES: ELÉCTRICA: ELECTRICIDAD ESTÁTICA, CARGAS: POTENCIAL Y CAPACITANCIA Electricidad por fricción Una barra de ebonita frotada con piel adquiere una carga negativa, asi mismo una barra de vidrio frotado con seda adquiere una carga positiva. Semejanza entre las fuerzas magnéticas y eléctricas La fuerza magnética se observo en una piedra natural llamada magnetita que atraía limaduras de hierro, así mismo la fuerza eléctrica se observo en el ámbar que atraía pedacitos de paja. Se llaman a estas fuerzas de campo, ya que su influencia es a través del par carga- campo. Teoría de dos fluidos eléctricos Una vez establecida dos tipos de cargas, una ley que cargas iguales se repelen y desiguales Se atraen, se pensó que existían el fluido positivo y el negativo. Teoría de un solo fluido La teoría de dos fluidos fue (necesaria ya que la carencia (positivo) y el exceso (negativo) se explica considerando que la carga que se desplaza es solo negativa por medio de electrones «res. Terminología eléctrica basada en la teoría de un solo fluido positivo La terminología antigua considera al fluido positivo debido a que el electrón se descubrió Posteriormente Naturaleza abstracta del estudio de la electricidad La electricidad se ha desarrollado como un conocimiento abstracto ya que es un producto de La mente el concepto de unidad de carga base de todo el estudio. Ley de coulomb Establece que la fuerza entre cargas o distribuciones de ellas es directamente proporcional A sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de su distancia, tomadas de dos en dos. Unidad de carga Se define en función del valor de la carga del electrón y recibe el nombre de coulomb Definición de coulomb Si dos cargas puntuales iguales se colocan a un metro de distancia y se rechazan con una Fuerza de 9 x 10 a la 9 de newtons, entonces cada carga tendrá el valor de un coulomb. Concepto de campo eléctrico Es la región que rodea una carga o distribución de carga en la cual se manifiestan las fuerzas Eléctricas. Intensidad de campo eléctrico Es la fuerza que recibe la unidad de carga positiva colocada en el punto en donde se desea Medirla Línea de fuerza Es el camino que tomaría una carga positiva si se le soltara en la vecindad del campo Eléctrico considerado, su intensidad se dibuja con un mayor o un menor número de líneas Sentido de las líneas Positivas salen y negativas entran sobre la carga o distribución de carga Potencial eléctrico Es el trabajo necesario para llevar una carga prueba positiva desde el infinito hasta el punto
De potencial que se desea medir Diferencia de potencial Es el trabajo necesario para llevar una carga prueba positiva desde un punto "a" hacia un Punto "b". Definición del volt Es el trabajo suministrado en un joule entre la unida de carga de un culombio Analogía mecánica de la diferencia de potencial Es similar a un misil que se eleva por encima de la tierra adquiriendo energía de almacenamiento por la altura alcanzada la cual en su caída libre se libera en energía de movimiento o cinética, por tal motivo la energía eléctrica es el producto del potencial por la Carga prueba. Conducción eléctrica y aislamiento Las substancias se dividen en conductoras o aislantes, donde los metales constituyen el Primer grupo y las sustancias como el vidrio, porcelana y ebonita ejemplifican al segundo. Producción de diferencias de potencial Ocurre cuando se separan las cargas de un cuerpo eléctricamente neutro. Teoría electrónica Thomson descubrió la unidad de carga negativa (el electrón) Milikan aprovechando este hecho su relación carga masa pudo obtener esta última, demostrándose cuantitativamente que los cuerpos son neutros y con la fricción se crean diferencias de potencial que hacen que queden cargados al pasar electrones de un cuerpo a otro. Capacidad eléctrica o capacitancia Eléctricamente se demuestra que un conductor grande en relación con uno pequeño, requiere de mayor carga para tener el mismo potencial, por tal motivo el conductor pequeño requiere alcanzar un potencial mayor que el grande, para una misma carga repartida entre ellos, ya que la capacitancia del grande es mayor Una aplicación del capacitor La función de una bujía de automóvil es generar una chispa cuando se alcanza un cierto valor del potencial del capacitor, liberando una carga mayor, logrando condensar la elecricidad para el encendido del motor. Detección de la carga eléctrica, electroscopio de hojas de oro Es un frasco con un tapón de metal sobre el corcho de la botella, el cual forma una varrilla al centro de esta que termina en dos alambres juntos con capacidad de separarse por efecto de la carga eléctrica obtenida por inducción o contacto. Carga por inducción Se realiza cuando un cuerpo cargado se encuentra cerca, separándose las laminillas del electroscopio con una carga opuesta y de igual magnitud a la presentada, la cual desaparece cuando se aleja el objeto cargado. 11.-MAGNETISMO, FENÓMENOS, ÁNGULOS DE DECLINACIÓN E INCLINACIÓN Fenómenos magnéticos elementales Cuando se descubrió que el imán natural producido por el mineral de magnetita se ideo hacerlo barra y suspenderlo con un hilo formando la primera brújula que permitió a los navegantes tener una orientación por las noches, este descubrimiento se remonta a los chinos. Explicación del magnetismo Se sugirió por los primeros investigadores que este fenómeno era de naturaleza corpuscular llamados dipolos eléctricos de los átomos, cuya orientación es al azar para un cuerpo neutro y con una orientación de polo magnético para un imán natural (magnetita) Magnetismo terrestre El fenómeno de orientación de una brújula sugirió a los investigadores que existía en la tierra dos grandes polos, descubriendo que el norte geográfico era diferente al norte magnético, cuya
característica varía en cada lugar de la tierra, el cual se llamo ángulo de declinación y es 8 grados 27 minutos. Ángulo de declinación Es la medida que la brújula hace entre el polo norte geográfico y el polo norte magnético y En la ciudad de México es de 8 grados 25 minutos, Ángulo de inclinación Es la medida que la brújula hace con la horizontal y en la ciudad de México es de 47 grados 16 minutos, apuntando al norte hacia el suelo, así la tendencia vertical sobrepasa la horizontal por una relación de 5 a 1. Líneas magnéticas de fuerza Son líneas imaginarias que parten del extremo norte de un imán y terminan el sur. Materiales magnéticos El hierro, el níquel y el cobalto, recientemente se fabrican aleaciones como el permaloy y el Olnico. Inducción magnética Cuando una varilla de hierro desimantada se coloca cerca de una varilla de imán, se induce él la primera dos polos magnéticos temporales, adquiriendo (hierro) una polaridad opuesta en su extremo próximo al inductor (imán) Permeabilidad magnética Es la facilidad con la que se imanta con gran fuerza una substancia magnética, bajo la presencia de un campo magnético débil, como el permaloy, a las substancias con mayor permeabilidad magnética se les llama ferro magnéticas como el fierro y el acero, si la substancia por su presencia aumenta un campo magnético pero no tan intensamente, se llama paramagnética como el níquel y el cobalto, por otro lado el bismuto se llama diamagnética porque debilita un campo magnético. Medida de la permeabilidad magnética Las substancias ferro magnéticas tienen una permeabilidad mucho mayor que uno, las Paramagnéticas mayor que uno y las diamagnéticas menor que uno. 12.-CONSIDERACIONES ELÉCTRICAS, CORRIENTE ELÉCTRICA La edad de la electrónica Actualmente se han ideado una gran cantidad de aparatos para el uso del hombre que se alimentan de electricidad para su funcionamiento, siendo los primeros para su estudio: el timbre eléctrico, el generador eléctrico y el motor eléctrico. Experimento de Galvani Cuando se colocaron ancas de rana entre dos alambres, uno llevaba corriente y el otro no, se observo que las ancas se movían pro el impulso eléctrico suministrado entre la diferencia de potencial de los cables, esto demostró la conversión de energía eléctrica en energía química de movimiento. Fuerza electromotriz y corriente Existen muchas clases de bombas eléctricas comerciales como pilas o generadores eléctricos, cuya única función es suministrar una diferencia potencial constante para que se establezca una corriente eléctrica continua Flujo de cargas Si se proporciona un camino conductor entre dos puntos de potencial diferentes, la carga eléctrica en forma de electrones pasa en un intento de igualar el potencial, pero si se hace el arreglo para mantener la diferencia de potencial, se establecerá una corriente eléctrica La corriente eléctrica Es el movimiento de electrones libres por un conductor o alambre, aumentado por una fuente de energía electromotriz como la suministrada por la compañía de energía eléctrica y baterías o generadores eléctricos Medida de la intensidad de la corriente
Es el cociente de cargas entre segundo, por tal motivo un ampere es igual a un coulomb sobre Segundo La unidad legal de la corriente eléctrica Es el ampere o amperio que se define en función de la masa de plata depositada por segundo Mediante efectos químico de una solución electrolítica de nitrato de plata. Electrólisis Una solución liquida es capaz de transportar cargas que se depositan por ionización, donde las cargas positivas cationes son atraídas a la terminal negativa y las cargas negativas jones son atraídas a la terminal positiva, siendo el principio básico de la galvanoplastia Para depositar plata en una cuchara Efectos de la corriente eléctrica Produce efectos que son reconocidos como químicos, térmicos y magnéticos Efectos químicos de la corriente eléctrica Las pilas químicas mantienen un potencial gastando su energía, como lo hacen las pilas húmedas y secas, siendo para las primeras un ejemplo una barra de cobre y una de zinc sumergidas en hacido sulfúrico, y para las segundas una pasta que se va degradando conforme la batería se descarga Efectos térmicos, ley de joule La corriente es un movimiento de electrones que causa calor cuando pasa por el circuito, Este calor es igual a 0.24 por la corriente al cuadrado, por la resistencia y por el tiempo. Aplicaciones del efecto calórico Fusibles, calefactores eléctricos y alumbrado eléctrico (lámparas incandescentes y focos Eléctricos Efectos magnéticos Una brújula colocada sobre un alambre que lleva una corriente eléctrica se mueve demostrando que el campo eléctrico genera un campo magnético que afecta la brújula, este efecto lo observo oersted. Electroimán un alambre enrollado en forma de bobina (solenoide) se comporta cuando está conectado a la corriente como un imán temporal, se intensifica su inducción si se coloca en su centro una barra de hierro dulce. Fuerza lateral debida a un campo magnético La regla de los tres dedos de la mano izquierda o regla del motor señala que él índice colocado en el flujo magnético de norte a sur, el dedo cordial medirá el sentido de la corriente y el dedo pulgar el sentido del movimiento por la fuerza eléctrica. Inducción eléctrica, ley de Faraday Cuando se coloca un imán recto en un alambre enrollado en forma de bobina (solenoide) se Produce una corriente eléctrica en dicho conductor, cuando el imán es sacado y metido del Solenoide. Ley de Lenz cuando se hace circular una corriente eléctrica a través de un alambre, esta pudo producir una corriente eléctrica inducida en circuitos cercanos al primero Aplicación de la ley de Lenz La inducción asociada por una corriente alterna variable, permite el funcionamiento de Transformadores eléctrico, como bobina de inducción, telégrafo, teléfono, radio etc. Tipos de electricidad Corriente alterna es suministrada por la compañía de energía eléctrica y se caracteriza por el cambio de polaridad de la corriente, la corriente directa es suministrada por baterías, pilas, generadores o acumuladores y su polaridad no cambia con el tiempo. Circuito eléctrico Formado por un conductor o alambre en un camino cerrado que inicia y termina en la fuente de energía electromotriz, este circuito puede ser simple (uno solo) o formado por un grupo de estos haciendo una red o maya de circuito.
Tipos de circuitos En serie cuando sus partes se encuentran colocadas una seguida de otra, y en paralelo cuando sus partes se dividen simultáneamente en varias ramas o caminos, Baterías en serie y en paralelo Para la primera el voltaje total se obtiene con la suma de cada una batería, para la segunda el Voltaje se mantiene constante y es igual al de una de las baterías Resistencia eléctrica La oposición al flujo eléctrico a través de un circuito eléctrico constituye una resistencia eléctrica y esta se forma por diferentes elementos como resistores, capacitores, inductores, focos, transistores, diodos y en general todo elemento que tenga una función específica en el circuito. Ley de ohm La resistencia sobre un elemento de un circuito se obtiene entre el cociente del voltaje Aplicado entre la corriente, por tal motivo un ohm es igual a un volt entre un ampere Trabajo y potencia eléctrica La potencia de una corriente eléctrica es el trabajo que se produce en un segundo, por tal Motivo un watt de potencia es igual a un joule sobre segundo. Potencia eléctrica en un circuito Se obtiene por el producto de la diferencia de potencial por la corriente, por tal motivo un Watt de potencia es igual a un volt por ampere. Energía consumida por un foco Por ejemplo un foco de 75 watts durante 10 horas consume 750 watts-hora o bien 0.75 kilowatt-hora. El timbre eléctrico al cerrar el circuito el electroimán magnetiza la varilla que en su extremo tiene un martillo que golpea a una campana, pero al moverse se interrumpe el circuito y se regresa a su posición original repitiéndose el proceso y por supuesto se repite el golpe El generador Es una maquina que utiliza energía mecánica para producir corriente eléctrica, como por ejemplo los dinamos que utilizan las bicicletas para generar corriente eléctrica que se transforma en luz útil. El motor eléctrico Funciona en forma inversa al generador ya que convierte energía eléctrica en mecánica y consisten en bobinas o armaduras con un núcleo de fierro y todo colocado en la presencia de un imán permanente, una vez que se le proporciona corriente al circuito la bobina gira por acción del rotor proporcionando movimiento mecánico útil. El galvanómetro de D' Arsonval Consiste en un cuadro rectangular formado por muchas tiras de alambre suspendido en una armadura vertical entre los polos de un imán permanente, cuando se establece una corriente se forma una torca que tiende a torcer todo el cuadro, contra la torca de restauración elástica debida a un resorte externo, el ángulo está indicado por un rayo que se refleja en un espejo. Importancia del galvanómetro de D' Arsonval Todos los multimetros (voltímetros y amperímetros) son de este tipo, solo que en lugar de espejo se sujeta a un índice o manecilla que oscila sobre una escala montada sobre el aparato. 13.-CONSIDERACIONES ELECTRÓNICAS Y FENÓMENOS ATÓMICOS Y NUCLEARES INTRODUCCIÓN, FÍSICA MODERNA, DESCARGA ELÉCTRICA EN GASES, "RAYOS "X", ELECTRÓNICA, RADIACTIVIDAD, FÍSICA NUCLEAR, Y EL ESTADO SÓLIDO La situación de la física por 1890 Por esa época percibían que los descubrimientos importante ya son habían hecho y solo las nuevas generaciones tendrían la tarea de aumentar la precisión de las constantes Físicas. La descarga eléctrica en los gases
el aire seco a la presión atmosférica es un buen aislador ya que se necesitan 30,000 volts por centímetro para perforarlo. El tubo de descarga demostración si a un tubo de vidrio con una gran diferencia de potencial entre electrodos se le extrae gradualmente el aire, se observara la siguiente secuencia: una chispa larga y rasgada, filamentos irregulares violeta, todo con brillo púrpura, todo con brillo rosado y rosado intenso, un brillo azul negativo, entre el brillo azul negativo y el rosado intenso un espacio obscuro de Faraday, el rosado intenso se debilita en estrías positivas blancas, el brillo azul negativo se recorre y aparece el brillo catódico y un segundo espacio obscuro de Crookes, finalmente todo se vuelve negro y las paredes del tubo brillan con luz verdosa llamada fluorescencia. Rayos catódicos Tener fluorescencia en él tubo de descarga se aprecia un flujo de radiación que se propaga del cátodo al ánodo en línea recta, y se pueden desviar por un campo magnético y eléctrico demostrándose que es un flujo de carga negativa llamada electrones. Rayos "x" Una vez descubiertos los rayos catódicos, se observo que al frenarlos con una diana o i blanco, una radiación se emitía y era capaz de atravesar substancias opacas e imprimir placas fotográficas, a estos rayos también se les llaman rayos roentgen. Aplicación de los tubos de descarga Los modernos anuncios de neón, la iluminación fluorescente capaces de producir diferentes Colores. Aspectos cuantitativos del electrón Thomson logro medir el resultado del cociente de la carga entre la masa de un electrón, colocando un campo magnético transversal a un flujo de electrones los cuales se curvaron radialmente, luego aplico un campo eléctrico para restablecer el flujo lineal de los electrones y con ello cuantifico todas las magnitudes directamente medibles con excepción de este cociente que fue de 1.76 por 10 a la 11. Determinación de Millikan de la carga del electrón Con una gota de aceite cargada la cual se dejo a la acción de la gravedad, pudo equilibrar estas dos fuerzas y así consiguió en términos de la densidad, viscosidad, velocidad y gravedad, la carga eléctrica adquirida por la gotita que en todos los casos observados fue múltiplo de una carga elemental de 1.6 x 10-¹⁹. Y con la relación carga masa de Thomson obtuvo la masa del electrón como 9 x 10-³¹ Emisión termoiónica Un filamento calentado dentro de un bulbo de vacio emite electrones que son lanzados por atracción electrostática, este fue el principio básico de todos los bulbos de la radio en innumerables aparatos electrónicos, a este descubrimiento también se llama efecto Edison. Efecto fotoeléctrico por la acción de la luz en un material fotosensible, se obtiene la emisión de electrones, cuya corriente eléctrica se puede controlar regulando la intensidad, y su energía cinética por ¿dio de la frecuencia, este fenómeno se explica por la teoría cuántica de Planck. Electrónica Todos los fenómenos en donde interviene el electrón, cuya aplicación se dio en el campo de las comunicaciones (radio, televisión, teléfono, telégrafo, radar etc.) Y después en aplicaciones medicas e industriales con el uso de los rayos "x", efectos Edison y fotoeléctrico, radiactividad, fisión y fusión nuclear etc. Radiactividad Becquerel observo que ciertas sales de uranio emiten espontáneamente radiaciones, cuyos efectos sometidos a campos eléctricos y magnéticos descubrió que se tienen tres tipos de radiaciones formadas por rayos alfa, beta y gamma, siendo los primeros núcleos de helio, los segundos electrones y los últimos radiación electromagnética. Estructura atómica La desintegración radiactiva sugirió que los átomos estables formados por protones, neutrones y electrones
podrían transformarse en inestables mediante el bombardeo con partículas aceleradas a grandes velocidades en generadores lineales de Van der Graaf o ciclotrones de Lawrence. Rayos positivos Junto con el descubrimiento de los rayos catódicos se observo simultáneamente una radiación que provenía del ánodo y llegaba al cátodo, formada por iones positivos cargados con varias masas y cargas. Isótopos Mando en cuenta que para un mismo elemento químico se pueden presentar diferentes masas, obtenidas por un mayor o menor número de neutrones, se encuentra que exhiben las Mismas características Físicas pero diferentes propiedades químicas. Isóbaros Son diferentes elementos químicos que presentan igual masa o peso atómico, los cuales Exhiben las mismas características químicas pero diferentes propiedades Físicas. Masas de un protón y electrón La primera es 1,840 veces mayor que la segunda, cuya proporción es parecida a un campo de fut bol y un balón. Teoría de Bohr El átomo de hidrógeno está formado por un protón en el centro y un electrón girando a su alrededor, así el helio tiene a dos protones y dos electrones girando, de esta manera los átomos de todos los elementos están formados por cargas positivas y negativa, cuyo éxito fue explicar los espectros ópticos. Principio de incertidumbre de Heisemberg Para las partículas atómicas (electrón) la posición y el ímpetu (masa por velocidad) no pueden Medirse con precisión. Constante de Planck Es el producto de estas dos incertidumbres (la posición y el ímpetu) siendo significativo para Partículas de tamaño atómico o subatómico y obscurecido para objetos macroscópicos. Neutrón Partícula que no tiene carga y cuya masa es aproximadamente igual a la del protón, así mismo El positrón tiene todas las características del electrón negativo pero tiene una carga Opuesta. El núcleo atómico está formada de varias partículas llamados nucleones, básicamente existen dos teorías el modelo de gota y el modelo de capas, el primero considera fuerzas nucleares de corto alcance mucho mayores a las electrostáticas o coulombianas, obligando al núcleo a semejar una gota de liquido, en cambio el segundo modelo consiste en asociar niveles de energía semejantes a los considerados para los electrones en la estructura atómica. Componentes nucleares Lo constituyen el protón, neutrón, positrón, mesones, piones, muones y antipartículas. Contador Geiger Mueller Cuando penetra a la ventana una partícula alfa o beta, el tubo del contador se descarga Detectando la partícula, de manera que puede contar él numero de partículas que lleguen. Cámara de niebla de Wilson Un aparato que permite que se condensen pequeñas gotitas de vapor de agua sobre los Trazos o trayectorias que lleven las partículas alfa y beta que se atraviesen. Cámara de burbujas Para detectar las trayectorias de las partículas alfa y beta se emplea hidrógeno liquido Saturado Contador de centelleo Son celdas fotomultiplicadoras que amplifican diminutas corrientes eléctricas formadas por Los haces de partículas alfa y beta
Emulsión fotográfica Placas sensibles a la radiación alfa o beta que imprimen la trayectoria de estas partículas Rayos cósmicos Fuente de partículas nucleares formadas en el espacio exterior que penetran en la atmósfera de la tierra formada principalmente por protones que producen una radiación secundaria en forma de chubasco o estallido. Reacción y transformaciones nucleares Rutherford demostró que el nitrógeno bombardeado con partículas alfa, se transforma en oxigena (mas pesado) mediante la liberación de protones, también cuando se bombardea el litio con protones este se transforma en helio (más ligero) Producción de neutrones Chadwick los produjo bombardeando al berilio con partículas alfa para producir carbono y La emisión de neutrones. Decaimiento radiactivo y semivida La emisión espontánea de partículas alfa y beta en elementos químicos inestables, hacen que esta decaiga en otros elementos bien definidos, hasta que se llegue a una configuración estable, la semivida es el tiempo que necesita una sustancia para perder la mitad de su actividad radiactiva y puede variar de un segundo hasta millones de años. Energía nuclear de enlace Es la energía cedida o absorbida necesaria para fusionar o fisionar un núcleo atómico, tomando en consideración que la masa del núcleo no siempre es igual a las masas componentes que la formaron o en lo que terminaron. Fisión El isótopo del uranio 235 bombardeado por neutrones lentos hace que el núcleo se parta en dos partes desiguales cuyas componentes son el bario y el kriptón, las cuales son substancias colocadas en el centro de la tabla periódica y junto con esto se observo la liberación de gran cantidad de radiación gamma de alta intensidad y neutrones adicionales !e permiten continuar con la reacción en cadena, la energía se obtiene con la formula de E = mc² La bomba atómica Utiliza la fisión del uranio 235 con la posibilidad de crear en el proceso plutonio que también es fisionado aumentando mayormente la liberación de energía destructiva de este instrumento de guerra La fusión la bomba de hidrógeno Las temperaturas producidas en el proceso son suficientemente grandes para permitir la fusión del hidrógeno y el helio, con la liberación del exceso de radiación para reunir estos nucleones (protones y partículas alfa), como se encuentran en la parte inferior de la tabla de los elementos su energía de enlace no es grande, incidentalmente se producen menos desechos radiactivos con esta que con la anterior. Enlace molecular Las moléculas monoatómicas se explican suficientemente con las fuerzas coulombianas para iones positivos y negativos (enlace electrostático o iónico) sin embargo en moléculas diatómicas los átomos parecen repartirse los electrones formando fuerzas de intercambio (enlace covalente coordinado) Principio de exclusión de Pauli Cuando un átomo se aproxima a otro, los electrones de uno penetran en las capas de enegia del otro, siendo obligados los electrones a pasar a niveles superiores de energía, a fin de mantener unida a la molécula a pesar de la fuerza de repulsión coulombiana. Física del estado sólido Los átomos se reúnen por medio de fuerzas que dan por resultado una estructura cristalina, en los metales los electrones son libres de moverse saltando de un átomo a otro, la energía De vibración no es cero cuando la temperatura es de cero absoluto, la cuantizacion de las Ondas vibratorias en las redes cristalinas se le llama fonón. Niveles de energía En los sólidos se forman bandas de energía que se hacen anchas, en el cero absoluto, los electrones
se encuentran en la banda o nivel mínimo posible, es decir los niveles inferiores de energía se encuentran llenos y al elevarse la temperatura los electrones se excitan y tienden a ocupar otras bandas mas altas, en los metales las bandas de conducción no están llenas. Conductores y aisladores Los conductores, semiconductores y aisladores se diferencian entre sí por la extensión en la que se encuentran las bandas superiores de conducción, el nivel fermi de una substancia corresponde a la probabilidad de que un electrón ocupe cualquier estado disponible de energía de un 50%. Los semiconductores con impurezas Se forman cuando se agregan pequeñas cantidades de arsénico a un cristal de germanio para hacerlo conductor, esto altera la distribución electrónica de su banda de valencia y en la de conducción (separadas por el nivel de fermi), por ejemplo un átomo de arsénico suministra un electrón extra por lo que se llama impureza donadora produciendo el llamado semiconductor del tipo "n", en cambio las impureza aceptadora en donde los electrones faltantes producen cavidades u hoyos disponibles son semiconductores del tipo "p". El transistor Es la unión de n-p-n que tiene importantes aplicaciones como amplificador, pudiendo reemplazar a los bulbos de muchos circuitos eléctricos. El láser Es un aparato del estado sólido en donde los átomos son excitados en un estado de baja energía a uno de alta, por un procedimiento en donde la luz de alta frecuencia regresa a su estado original, siendo altamente amplificada y su frecuencia permanece exactamente igual a la fuente estimulante( luz coherente) 14.-CONSIDERACIONES ÓPTICAS, FOTOMETRÍA, LEYES DE LA ÓPTICA GEOMÉTRICA Y APARATOS ÓPTICOS Ámbito de la óptica Este estudio de la Física da respuesta al color, luz, rayos solares, diseño de instrumentos ópticos, iluminación, fotografía, microscopía, espectroscopia, optometría, polarización, así como el estudio de los aspectos filosóficos de esta teoría. Naturaleza compleja de este estudio Históricamente ha existido una controversia entre los partidarios de la teoría ondulatoria o corpuscular de la luz, que ha llegado a tener interpretaciones filosóficas. Óptica geométrica vs óptica Física La primera trata a la luz como rayos luminosos que se mueven él línea recta y explica los fenómenos de reflexión, refracción, desviación de la luz sobre una superficie refringente o bien sobre las lentes y la segunda trata a la luz en forma ondulatoria y explica los fenómenos de difracción, interferencia y polarización, añadiéndose el aspecto cuántico para los efectos Edison, fotoeléctrico, Compton y producción de pares. Primeras teorías Se aceptaba que la luz y la visión era lo mismo, por tanto se originaba en el ojo haciendo contacto con los objetos, un punto de vista posterior atribuía a la luz emitida la propiedad de presionar al ojo. Propagación rectilínea de la luz Esta teoría describe el comportamiento de la luz a nivel macroscópico, mediante el concepto de rayos de luz emitidos por cuerpos luminosos o bien reflejados por cuerpos iluminados, este hecho se ejemplifica con el experimento de la cámara obscura. Fotometría Es la parte de la óptica geométrica que estudia la medida de la cantidad de luz, mediante la Noción de rayos de luz que se propagan a partir de una fuente puntual con una simetría Esférica. Candela y lumen Una candela o bujía normal es la que emite un numero especificado de lúmenes de luz, siendo el Lumen la unidad de cantidad de luz.
Fuentes puntuales y no puntuales Si una fuente luminosa es pequeña se puede considerar como puntual y las reglas de la geometría tridimensional son suficientes para calcular la cantidad de luz emitida para fuentes de diferentes intensidades, para fuentes no puntuales se habla más bien de su brillo que de su intensidad Iluminación de una superficie Se obtiene calculando cuantos lúmenes se emiten por unidad de área, siendo su unidad el lux definida como él numero de lúmenes que recibe una superficie de un metro cuadrado que está a un metro de distancia de una candela normal Luxómetros o exposímetros Son instrumentos usados en fotografía para medir el tiempo necesario de exposición a la luz Para obtener fotografías instantáneas. Importancia de la fotometría Los ingenieros de iluminación aplican sus conocimientos en la industria y en espectáculos masivos de música o teatro etc., incidentalmente una superficie expuesta al sol del mediodía llega a ser de 100,000 luxes, en cambio la iluminación de la luna llena es apenas de 0.2 luxes. Ley de la iluminación Es la ley del cuadrado inverso, que establece que la iluminación de una superficie por una fuente luminosa puntual varia inversamente con el cuadrado de la distancia entre la fuente y la superficie iluminada, esto significa que si se duplica su distancia su iluminación disminuye a la cuarta parte de su valor, así mismo si una fuente tiene una doble intensidad que otra, debe colocarse 1.5 veces mas lejos que la más débil para producir ambas la misma iluminación. Reflexión Este fenómeno de la óptica geométrica establece que un rayo de luz que llega a una superficie refringente se refleja con el mismo ángulo con el que incide, midiéndose este a partir de la línea normal o perpendicular a la superficie, además el rayo incidente, el rayo reflejado y la línea perpendicular deben encontrarse en el mismo plano. Refracción Este fenómeno de la óptica geométrica consiste en que el rayo de luz transmitido, que atraviesa de un medio a otro, parece quebrarse obedeciendo la ley de Snell, que establece la medida relativa entre los ángulos del rayo incidente y el rayo refractado por la función de los senos, multiplicado por sus índice de refracción para cada medio. Efectos de la refracción Cuando el medio por atravesar es más denso el rayo refractado se desvía con un ángulo menor acercándose a la línea perpendicular, por ejemplo cuando un rayo de luz pasa de aire al agua, lo mismo ocurre cuando el rayo de luz pasa de agua a vidrio, por otra parte si los medios se invierten entonces el rayo refractado tiene un ángulo mayor La ley de Snell Establece que él índice de refracción entre los dos medios es igual al cociente del seno del Ángulo incidente entre el seno del ángulo refractado Fenómenos de la reflexión total interna Este fenómeno consiste en calcular el ángulo en el cual un rayo incidente de un medio a otro De menor índice de refracción permite que la luz se refleje totalmente sin transmitirse, como Si hubiera un espejo, obedeciendo a las leyes de la reflexión, este ángulo crítico es de 42 Grados. Imágenes formadas por espejos planos Cuando se colocan dos espejos planos a noventa grados uno del otro enfrente de un objeto, se obtienen tres imágenes de este, una por cada lado y la tercera en la bisectriz del ángulo que forman los dos espejos, así mismo se forman cinco imágenes cuando estos espejos se colocan con un ángulo entre ellos de 60 grados, siendo dos en cada espejo y el quinto en la línea que biseca al ángulo formado entre los dos espejos. Tipo de imagen del espejo plano Es derecha virtual y falseada, se forma a la misma distancia a este que a su imagen.
Reflexión en superficies esféricas Un espejo convexo proporciona imágenes derechas virtuales y un espejo cóncavo imágenes invertidas reales, la diferencia entre real y virtual consiste que en la primera los rayos convergen recogiéndose en una pantalla y en la segunda divergen. Puntos focales Los espejos esféricos ya sean cóncavos o convexos tienen su foco a la mitad de su radio de curvatura. Tipo de imagen de espejos cóncavos y convexos Para los primeros las imágenes pueden ser más grandes o pequeñas, dependiendo de la posición del objeto al espejo, después o antes del foco, en cambio los segundos siempre producen imágenes más pequeñas. Lentes sencillas Las lentes convergentes o biconvexas son gruesas en el centro y delgadas en los bordes, en Cambio las lentes divergentes o bicóncavas son delgadas en el centro y gruesas en los Bordes. Rayos paralelos en lentes convergentes y divergentes En las primeras todos los rayos convergen en el segundo foco y en las segundas todos los rayos divergen a partir del primer foco, este proceso es reversible para formar rayos paralelos a partir de los focos y lentes descritos. Sistema convergente Está formado por espejos cóncavos o lentes biconvexas, forman imágenes reales invertidas y Menores cuando el objeto se encuentra antes del foco, en cambio producen imágenes Virtuales derechas y mayores cuando el objeto se coloca entre el foco y el espejo o la Lente. Diagrama de rayos se dibujan cuando se conoce el tipo de sistema (convergente o divergente) la posición de los focos y se aplican las leyes de la óptica geometría para la reflexión y refracción. Diagrama de rayos para un espejo cóncavo (sistema convergente) El objeto puede estar colocado antes del único foco o entre este y el espejo; la imagen se obtiene con un rayo paralelo que termina en el foco y un rayo que pasa por el centro y no se desvía y entre el cruce de ambos esta la imagen en posición y tamaño. Diagrama de rayos para un espejo convexo (sistema divergente) A partir del objeto se dibuja un rayo paralelo que termina en el único foco y otro rayo que va Hacia el centro y no se desvía, entre el cruce de ambos esta la imagen virtual derecha y Pequeña. Diagrama de tres rayos para los sistemas convergentes y divergentes Todo rayo paralelo pasa por el foco, todo rayo que pasa por el centro no se desvía y todo Rayo que pasa por el primer foco emerge paralelo Diagrama de rayos para una lente biconvexa (sistema convergente) El objeto puede estar colocado antes del foco o entre este y el espejo; la imagen se obtiene con un rayo paralelo que termina en el segundo foco y un rayo que pasa por el centro y no se desvía y entre el cruce de ambos esta la imagen en posición y tamaño Diagrama de rayos para una lente bicóncava (sistema divergente) A partir del objeto se dibuja un rayo paralelo que termina en el primer foco y otro rayo que Va hacia el centro y no se desvía, entre el cruce de ambos esta la imagen virtual derecha y Pequeña. Lente de aumento Se llama microscopio simple y su función es aumentar la imagen del objeto, este objeto debe Colocarse entre el primer foco y la lente para formar una imagen virtual derecha y mayor. Ejemplos de instrumentos ópticos Telescopios, microscopios, gemelos de teatro, cámaras fotográficas y el ojo humano
El ojo Está formado por retina lente y músculo, pupila, cornea y diafragma o iris, la lente es flexible y cambia su distancia focal y el iris permite administrar el paso de la luz, Cámara fotográfica Este sistema está formado por una lente y una caja obscura que permite la exposición de una Película que se impresionara por la luz que deje pasar el diafragma. Defectos del ojo El daltonismo no permite distinguir el rojo del verde, y las aberraciones cromáticas dependen de la lente y su músculo. Hipermiopia Llamada vista larga, las imágenes se forman detrás de la retina, por lo que deberá alejarse el Periódico de la mano para verlo bien, este defecto se corrige con lentes convergentes Miopía Llamada vista corta. Las imágenes se forman delante de la retina, por lo que deberá acercares El periódico de la mano para verlo bien, este defecto se corrige con lentes divergentes Astigmatismo Defecto producido por la superficie frontal de la cornea del ojo, relacionado por un chipote en el que hace que radialmente sean distintas las líneas trazadas a partir del centro, ocasionando que a lo lejos no se distingan los contornos, se corrige con lentes cilíndricas. Ámbito de la óptica geométrica desde los anteojos hasta los telescopios, su tratamiento es basándose en rayos de luz, los fenómenos son reflexión, refracción, desviación, en cuerpos translúcidos, espejos y Lentes, leyes de iluminación y obscuridad. 15.-ÓPTICA TÍSICA; DISPERSIÓN: ESPECTROSCOPIA; INTERFERENCIA; DIFRACCIÓN Y POLARIZACIÓN Espectro visible La dispersión de la luz se produce a través de un prisma, los colores van del rojo al violeta, El espectro formado es característico de la fuente de luz Espectroscopia Parte de la Física que estudia las fuentes incandescentes de luz, a fin de determinar su Composición química y su velocidad relativa. Características de los espectros incandescentes Presentan un grupo de líneas brillantes separadas con espacios obscuros, que identifican los elementos químicos presentes en la fuente, lo cual se hace posible comparando espectros atómicos conocidos en laboratorio. Espectros de líneas de absorción Ocurre cuando una fuente incandescente incide su luz en un vapor caliente, el cual absorbe ciertas líneas del espectro original, haciendo que en su lugar haya líneas obscuras en el lugar donde había líneas brillantes. Tipos de espectros Todas las fuentes incandescentes emiten espectros continuos de emisión, esto es una banda ccontinua de luz que contiene todos los colores del arcoíris. Líneas de Fraunhofer Espectro solar es de líneas obscuras que indican que la atmósfera del sol contiene elementos cuyas longitudes de onda características han sido absorbidas del espectro continuo de emisión por la parte interior del sol, así la línea d de Fraunhofer se refiere al doblete del sodio. Dispersión óptica del de un espectro Se mide frecuentemente por el grado con que el instrumento puede separar las líneas de este Doblete. Descubrimiento del helio
Ciertas líneas del espectro solar que no fueron identificadas postularon a un nuevo Elemento llamado helio como elemento del sol antes que su presencia en la tierra fuera Descubierta. Experimentos con un prisma La luz blanca se descompone en colores demostrando que está formada por la composición de colores, así mismo un segundo prisma es capaz de invertir el proceso y a partir de la dispersión producir nuevamente un rayo de luz blanca. Mezcla de colores La suma de los tres colores primarios (rojo, verde y azul) son suficientes para producir luz blanca y que su combinación produce prácticamente cualquier color, así mismo parejas de colores como el añil y amarillo o bien el solferino y el verde producen el blanco con una buena aproximación. Suma y resta de colores La suma de colores se obtiene de reflectores de luz a través de un filtro y la resta es la pigmentación o pintura de estos. El color Es la absorción selectiva de la luz, asi una manzana roja aparecerá negra cuando es iluminada Con luz estrictamente verde, porque en ella no hay posibilidad que se refleje el color rojo. Interferencia Cuando se hace incidir luz en una regula de doble ranura se encuentra que aparecen en la pantalla una iluminación de franjas brillantes y obscuras, que son explicadas por la teoría ondulatoria por la superposición de ondas, en lugares en donde se refuerzan y en otras se elimina debido a que coinciden o bien se desfasan, las bandas brillantes representa Interferencia constructiva y las obscuras destructiva. Difracción otro método para producir dispersión de los colores es la difracción, que es un fenómeno de desviación selectiva de los rayos de luz de acuerdo a su longitud de onda, ocurriendo cuando las ondas tocan los bordes de pantallas, siendo las ondas largas (rojo) las mas desviadas. Gratícula de difracción Se obtiene rayando varios millares de líneas por centímetro, en una lamina de vidrio transparente con una punta diamante, este fenómeno es en realidad de interferencia y para su interpretación se recure a la teoría ondulatoria, Espectroscopio de red o de cratícula facilitan la medición de la longitud de onda de la luz, el espectro formado esta a ambos lados de la franja central de luz blanca no desviada y va del rojo al violeta para ambos lados, se pueden construir cratículas a bajo costo sobre colodión. Colores de las películas delgadas debidas a interferencias Son producidas por películas muy delgadas como las del aceite en el agua o el nácar de las conchas de ostiones, son fenómenos de interferencia en donde la luz de una superficie interfiere con otra, asi mismo su espesor se mide por el color. Fenómenos interferométricos se emplea para mediciones de precisión hasta millonésimas de centímetro, haciendo posible su aplicación en el intercambio de partes de automóviles modernos que deben estar ajustados con claros o espacios muy pequeños del orden de milésimos de centímetro. Vidrio invisible se recubre el vidrio con una película cuya luz reflejada debe interferir destructivamente Con la luz reflejada de una cara a la otra, con la finalidad de evitar los reflejos que afectan La lente de cámaras, vidrio de relojes y medidores eléctricos. Luz polarizada Cuando un rayo de luz pasa a través de un cristal de turmalina o disco polarizado su plano de vibración se alinea en una sola dirección, ya que una de las dos componentes de la radiación electromagnética de la luz se ha eliminado y solo es posible que atraviese un segundo cristal de turmalina o disco polarizado si está orientado exactamente como el primero.
Sistema polarizador Cuando la luz se hace pasar por un disco polarizado y después por el segundo, al primero se le llama disco polarizador y al segundo analizador, ya que al variarlo conocemos el plano de s vibración del primero. Naturaleza de la luz polarizada Como la luz es un fenómeno electromagnético transversal con dos planos perpendiculares r; de vibración de campo eléctrico uno y el otro de campo magnético, un cristal de turmalina o disco polarizado hace que la luz quede polarizada plana, lo que comprueba su naturaleza Polarización por reflexión Toda la luz esta polarizada por reflexión solamente, por esta razón son efectivos los anteojos polarizados para eliminar la componente polarizada dé la luz reflejada, la luz del cielo también esta polarizada debido a las partículas de aire, el cielo al medio día se ve azul por la luz reflejada y rojo en el atardecer por la luz transmitida. Fotoelasticidad La luz polarizada tiene importancia cuando se iluminan estructuras sujetas a esfuerzos como la estructura de un edificio, las alas de un avión, puentes y barcos, etc., tomando en consideración que la luz normal es transparente en cambio cuando las estructuras están sometidas a esfuerzo la luz polarizada se torna opaca. Importancia del análisis de fotoelasticidad Se emplea para evitar un sacrificio de la resistencia en aras del peso, para calcular los Límites críticos en la resistencia de materiales. Ámbito de la óptica Física Desde la espectroscopia, la ciencia del color, interferencia, difracción, rejillas de una o dos Aberturas, colores en películas delgadas, vidrio invisible, polarización y fotoelasticidad. Ámbito de la óptica cuántica Efecto fotoeléctrico, efecto Compton producción de pares, en el primero ciertos materiales fotosensibles son capaces de establecer una corriente eléctrica cuando se les hace incidir luz con una cierto umbral de frecuencia critica y son utilizados en los elevadores automáticos, para el segundo un rayo de luz puede formar materia creando un electrón y un positrón que se disparan opuestamente.

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  • 1.
    DEFINICIONES DEL LIBRODE TEXTO, FISICA SIN MATEMATICAS DE CLARENCE E. BENNETT 1.-INTRODUCCIÓN: EL MÉTODO CIENTÍFICO, CONCEPTOS FUNDAMENTALES, MEDIDAS Y UNIDADES BÁSICAS Física Ciencia natural que estudia la materia, energía y sus transformaciones, Ciencia: Cuerpo de conocimientos coherentes que proporcionan correctas explicaciones Ciencias naturales y ciencias exactas La primera se basa en la experiencia y la segunda en la deducción como las matemáticas Método científico Observación, experimentación, hipótesis, comprobación, teoría y ley Materia: Son todos los cuerpos de la naturaleza formados por átomos y moléculas. Energía: Es la capacidad para realizar trabajo sobre un sistema Fenómenos Son cambios o transformaciones que sufre la materia por la acción de la energía Fenómenos físicos y químicos Los primeros alteran la composición de la materia y los segundos no Ciencia y tecnología: Conocimientos teóricos prácticos que permiten aprovechar y transformar la naturaleza Conocimiento cualitativo y cuantitativo El primero es apreciativo general y el segundo es comprobable y particular Razonamiento deductivo: Método para encontrar la verdad que parte de lo general a lo particular (las matemáticas) Razonamiento inductivo: Método para encontrar la verdad que parte de lo particular a lo general (ciencias naturales) Magnitud: Son cantidades que se pueden medir Medir: Es comparar una magnitud desconocida con otra conocida como patrón de medida Dimensión de medidas directas o fundamentales. Longitud, masa, tiempo, corriente eléctrica, temperatura, iluminación y cantidad de sustancia Dimensión de medidas indirectas o derivadas: Velocidad, aceleración, trabajo, energía, potencia, presión, carga, voltaje, resistencia Aparatos de medida: Vernier, micrómetros, balanzas, dinamómetro, probeta, cronómetros, milímetros Sistemas de medida: Internacional (mks) Gaussiano (cgs) Ingles (pls) y Gravitacional
  • 2.
    Sistema métrico decimal: susmedidas aumentan o disminuyen en múltiplos o submúltiplos en potencias de diez Medidas derivadas más frecuentes: Área, volumen, densidad, masa y peso molecular Patrones atómicos de longitud y tiempo: Metro =1'650,763.73 ondas de kriptón 86, tiempo = 9,19'637,770 vibraciones de un isótopo del cesio. Patrón de longitud: Kg= la masa de un cilindro de platino e iridiado que está en las oficinas de Sevres Francia. Unidades fundamentales del sistema internacional (mks) metro, kilogramo, segundo, ampere, kelvin, candela y mol Notación científica: La cantidad se presenta con dos decimales multiplicada por potencias de diez Transformación de unidades: Conversión homogénea de cantidades que tienen la misma dimensión Errores de medida: Ocasionados por el aparato empleado o por la personal que toma la medida Incertidumbre: Se representa por la precisión, error absoluto y error relativo Precisión: La aproximación de la medida al valor aceptado Error absoluto: Es la diferencia entre el valor medido y el valor aceptado Error relativo: Es el cociente entre el error absoluto y el valor aceptado Representación de resultados Gráficas donde los datos se interpolan o extrapolan Interpolación. Localización de resultados entre los datos registrados Extrapolación Localización de resultados fuera de los datos registrados conforme a su tendencia Gráficas de resultados Representaciones en dos dimensiones de barras, líneas, o de pastel. 3.-CONSIDERACIONES MECÁNICAS FUERZA Y MOVIMIENTO, NATURALEZA VECTORIAL DE LA FUERZA, EQUILIBRIO, LEYES DE MOVIMIENTO E ÍMPETU Mecánica: Estudia el movimiento y se divide en cinética, dinámica y estática Cantidades escalares Que quedan totalmente representadas por su magnitud y su unidad de medida Cantidades vectoriales
  • 3.
    Medidas que constande magnitud y orientación (dirección, sentido y punto de aplicación) Ejemplos de magnitudes escalares: Longitud, área, volumen, masa, densidad, tiempo, temperatura Ejemplos de magnitudes vectoriales: desplazamientos, velocidades, fuerzas Posición Ubicación exacta de un objeto en el espacio Movimiento Cambio de posición de los objetos Tipos de movimiento Uniforme (velocidad constante) variado o acelerado (velocidad variable) Trayectoria La distancia escalar recorrida durante todo el trayecto Desplazamiento Vector cuya magnitud y orientación se obtiene al unir el punto inicial y final del movimiento Velocidad Vector obtenido con el cociente del desplazamiento entre el tiempo empleado Velocidad instantánea se obtiene cuando se considera esta en un tiempo infinitamente pequeño Velocidad uniforme Se obtiene cuando se recorren distancias iguales en tiempos iguales Velocidad media Es el promedio aritmético de todas las velocidades en el trayecto considerado Rapidez Es la magnitud escalar de la velocidad sin considerar orientación Movimiento rectilíneo uniforme magnitud constante y dirección lineal Movimiento uniformemente acelerado La velocidad varia uniformemente con respecto al tiempo y en dirección lineal Aceleración Vector cuyo cociente mide el cambio de velocidad con respecto al tiempo Masa. Cantidad de materia que tiene un cuerpo Inercia Es el efecto que produce una masa que se opone a cambiar su reposo o movimiento Peso Es la fuerza con la que es atraída la masa por la gravedad de la tierra Gravedad
  • 4.
    Es la aceleraciónque impone la tierra a los cuerpos para atraerlos a su centro Caída libre de los cuerpos Es un movimiento uniformemente acelerado ocasionado por la atracción de la tierra Valor de la aceleración de la gravedad Al nivel del mar es de 9.8 metros/segundo2 o bien de 32 pies/segundo2 Cantidad de movimiento de un cuerpo Es el producto de su masa por su velocidad La cantidad de movimiento es conservativa en un sistema cerrado Dos cuerpos chocando con masas y velocidades desiguales se combinan antes y después Galileo Padre de la ciencia experimental Plano inclinado Cualquiera que sea su inclinación una bola recorre una distancia que aumenta con el Cuadrado del tiempo. Fuerza Modifican el estado de reposo o movimiento de los cuerpos Acción de las fuerzas Por contacto (fuerza directa) a distancia (campo gravitatorio o eléctrico) Componentes de una fuerza Descomposición de la fuerza en su parte horizontal y vertical Dinamómetro. Aparato para medir fuerza con una escala en newtons o dinas Unidades de fuerza Es el newton que se obtiene de multiplicar un kilogramo por una aceleración de un metro sobre segundo al cuadrado o bien la dina que se obtiene de multiplicar un gramo por una aceleración de un centímetro sobre segundo al cuadrado. Kilogramo fuerza Es igual a 9.8 newtons Sistema de fuerzas Conjunto de fuerzas aplicadas que pueden ser sustituidas por una fuerza resultante Ejemplos de sistema de fuerzas Colineales (en la misma línea de acción) y concurrentes (formando un ángulo entre ellas) Suma vectorial para dos vectores Método del paralelogramo donde la resultante se localiza en la diagonal formada Resultante Vector único que da el mismo resultado del sistema de vectores que se suman Suma vectorial para más de dos vectores Método del polígono, se colocan uno seguido de otro y la resultante es el desplazamiento Suma de dos vectores iguales con un ángulo de 120 grados
  • 5.
    Su resultante estáen la bisectriz de ellos con la misma magnitud Suma de dos vectores iguales con un ángulo de 90 grados Su resultante está en la bisectriz de ellos con una magnitud de 1.4 Equilibrio de los cuerpos Es estable, inestable e indiferente, por el punto de suspensión y su centro de gravedad Momento de un cuerpo Es el producto de la fuerza aplicada por el brazo de palanca empleado Condiciones de equilibrio La suma de fuerzas es cero (primera) y la suma de torcas o giros e cero (segunda) Primera ley de newton Todo cuerpo continua con su estado de reposo o movimiento rectilíneo uniforme si no hay una Fuerza exterior que lo modifique Segunda ley de newton Si se aplica una fuerza constante a un cuerpo su aceleración es directamente proporcional a La fuerza e inversamente proporcional a su masa Tercera ley de newton A toda acción corresponde una reacción igual y de sentido contrario Ejemplo de la primera ley Una patinadora sobre hielo se desliza con el simple impulso por inercia en línea recta Ejemplo de la segunda ley Un carrete de hilo se enrolla sobre si mismo al ser jalado por una fuerza, conservando su Dirección y sentido. Ejemplo de la tercera ley El movimiento de una avión a reacción Ley científica Es la explicación razonable y comprobable de un conjunto de experimentos observados Ley de gravitación universal La fuerza de atracción de dos cuerpos es directamente proporcional al producto de sus Masas e inversamente proporcional al cuadrado de su distancia entre ellos. Consecuencias de la gravitación Por esta fuerza se han creado las estrellas nebulosas cometas y planetas en el universo 4.-CONSIDERACIONES MECÁNICAS TRABAJO ENERGÍA Y FRICCIÓN Energía Es la capacidad para realizar trabajo Trabajo Se realiza cuando una fuerza se aplica a un cuerpo y lo desplaza en dirección de la fuerza o Bien con cierto ángulo entre el desplazamiento y la fuerza. Energía potencial Es la que posee un cuerpo debido a su posición o altura sobre el suelo Energía cinética La que tienen los cuerpos cuando transforman su energía potencial en movimiento
  • 6.
    Unidad de energía Esel joule el cual se obtiene multiplicando un newton por metro o bien el ergio que se obtiene al multiplicar la dina por un centímetro Equivalencias de energía Una caloría Es igual a 4.18 joules Conservación de la energía Se mantiene constante en un sistema aislado y en el universo Formas de energía luminosa, térmica o calorífica, eléctrica, magnética, electromecánica, nuclear o atómica, hidráulica, eólica, radiante, química. Potencia es la rapidez con la que se realiza el trabajo y depende del desplazamiento del cuerpo y la fuerza aplicada. Unidad de potencia Es el watt o vatio que es igual al trabajo de un joule entre el tiempo de un segundo Maquinas simples son dispositivos que permiten obtener ganancia siempre a favor entre la fuerza aplicada y la resistencia vencida Ejemplos de maquinas simples la palanca, polea. , rueda, eje, engranes, plano inclinado, tornillo, cuña, etc. las maquinas simples sirven para aumentar la rapidez, multiplicar la fuerza o bien cambiar su dirección. Palanca es una barra rígida apoyada en un punto intermedio llamado fulcro, El momento de una fuerza sobre una palanca Es el producto de la fuerza aplicada por el brazo de palanca, la cuan en condiciones de Equilibrio debe ser igual al otro extremo Los tres géneros de las palancas Intermóvil, interesistente e interponerte, ejemplos: tijera, carretilla y escoba, respectivamente. Poleas Únicamente cambian la dirección de la fuerza Polipasto Dividen el peso de la carga por el numero de cables internos que tienen sus poleas móviles Fricción Es la fuerza que se opone al movimiento de un cuerpo sobre la presencia de otro. Formas de fricción En presencia del aire, por rodamiento o deslizamiento de un cuerpo sobre otro. Coeficiente de fricción Es la relación de la fuerza tangencial de fricción y la fuerza perpendicular que aprieta entre Si las dos superficies Formula del coeficiente de fricción El coeficiente es una constante que es igual a la fuerza tangencial entre la fuerza normal. 5.-CONSIDERACIONES ELÁSTICAS: VIBRACIONES Y FLUIDOS Elasticidad.
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    Capacidad que tienenlos sólidos de recuperar su forma original después de haberse Deformado por efecto de una fuerza Ejemplo de un cuerpo elástico El resorte estirado por causa de un peso suspendido de el Ley de Hooke La fuerza de restitución (esfuerzo) es proporcional a la deformación fraccional (unitaria) Movimiento armónico simple A partir de la posición de equilibrio la aceleración del cuerpo varia directamente con el Desplazamiento (amplitud) Movimientos vibratorios Es periódico (frecuencia), tiene amplitud a partir de la posición de equilibrio Resonancia. Ocurre cuando el cuerpo se pone vibrar con un periodo igual a la frecuencia natural del Cuerpo, Péndulo simple Consiste en una bola o lupa atada a una cuerda, la cual se pone a oscilar sobre su posición de equilibrio vertical Formula del periodo de un péndulo El periodo es igual a 2π multiplicado por la raíz cuadrada del cociente de su longitud Entre el valor de la gravedad Líquidos Estado de la materia formado por átomos y moléculas que tienen un volumen definido que Puede ser contenido en un recipiente, son prácticamente invariantes e incomprensibles Vasos comunicantes Recipientes contectados entre si por su parte inferior en donde el liquido exhibe el mismo Nivel sin importar la forma de los contenedores Características de los fluidos Poseen una interface que se comporta como una membrana para la tensión superficial y no Soportan fuerzas tangenciales, solo pueden aplicárseles fuerzas perpendiculares Densidad Es la medida de materia contenida en un volumen definido, el agua posee densidad igual a la Unidad, la gasolina menor a la unidad y la cajeta es mayor a la unidad Densidad relativa Es la relación entre la densidad de la sustancia y la densidad del agua Presión Es la fuerza aplicada entre el área Unidad de presión el pascal es igual a una fuerza de un newton aplicada a un metro cuadrado Presión de un líquido Se transmite con la misma intensidad y en todas direcciones Presión sobre las paredes Aumenta con la profundidad del contenedor Presión de una columna liquida depende del peso especifico de liquido
  • 8.
    Principio de pascal Lapresión aplicada a un fluido encerrado se transmite intégramele en cada punto del fluido de las paredes del recipiente Prensa hidráulica La presión es la misma en los dos émbolos no obstante que las áreas son desiguales Aplicaciones del principio de pascal Elevador hidráulico, gato hidráulico, amortiguadores de automóviles, frenos hidráulicos Principio de Arquímedes Todo cuerpo sumergido en un liquido recibe un empuje de abajo hacia arriba, igual al peso que Desaloja Condición de equilibrio Un cuerpo que flota o parcialmente sumergido esta en equilibrio cuando la fuerza de empuje Equilibra su peso. Ejemplos de cuerpos flotantes Barcos, boyas, submarinos, ludion, iceberg y aeróstatos Gases Estado de la materia formado por átomos y moléculas que ocupan todo el espacio disponible Neumostatica Parte de la Física que estudia los gases Características de los gases Son compresibles, expansibles y elásticos Aire Un metro cubico de aire pesa 1.29 kilogramos Experimento de Magdeburgo dos semiesferas huecas permanecen unidas fuertemente cuando se extrae el aire entre ellas Barómetro de Torricelli Consta de un recipiente lleno de mercurio al que se le invierte un tubo de ensaye, se aprecia Una columna de mercurio con una altura de 76 centímetros del contenedor Atmósfera Es la presión al nivel del mar que se mide con una altura de mercurio de 76 centímetros Aparatos que funcionan con la presión atmosférica Pipeta, sifón, jeringa, bomba aspirante o impelente y el barómetro 6.-ONDAS Y SONIDOS Sonido Es el fenómeno producido por la vibración de un cuerpo que se propaga a través del aire con Movimiento ondulatorio longitudinal Acústica Parte de la Física que estudia el sonido Mecanismos del sonido Formas de producción, transmisión y recepción Diapasón Varilla metálica en forma de horquilla que al golpearla vibra produciendo un sonido puro
  • 9.
    Medios de transmisióndel sonido En sólidos y líquidos, en el vacio no hay sonido Velocidad del sonido En aire 340 kilómetros por segundo, en agua 1,435 y en acero 5,000 kilómetros por segundo. Cualidades del sonido intensidad, tono y timbre Intensidad Mide lo fuerte o débil de la señal o sonido Tono Es la frecuencia del sonido Timbre Calidad que identifica el instrumento que produce el sonido Unidad del sonido Se mide en decibeles donde la conversación ordinaria es de 41 a 60 decibeles Limites audibles para el hombre Entre los 16 a los 20,000 Herz de frecuencia Reflexión del sonido Efecto producido cuando las ondas se reflejan por el choque sobre una superficie dura Eco Es la repetición de un sonido causada por la reflexión Reverberación Es la persistencia de un sonido dentro de un local después que ha desaparecido su causa Efecto Doppler Es el cambio aparente de la frecuencia producida por el movimiento relativo de la fuente con respecto a su observador Ondas de radio Producidas por circuitos eléctricos oscilantes y se emplean en transmisiones de radio, televisión y radar Clases de movimientos ondulatorios Transversales como una cuerda, ondas sobre el agua o la luz, longitudinales como el sonido Importancia de las ondas Transmiten energía a grandes distancias sin que la materia se desplace Características de las ondas Longitud de onda, nodo, elongación, frecuencia, periodo, amplitud y posición de equilibrio Longitud de onda Es la distancia entre una cresta y otra o bien entre valles consecutivos para una onda transversal Nodo Es el punto donde la onda cruza la línea de equilibrio Elongación Es la distancia en forma perpendicular de un punto de la onda a la línea de posición de equilibrio Amplitud
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    Es la distanciaentre el punto extremo que alcanza una partícula vibrante y su posición de Equilibrio Frecuencia Es el número de ondas que se producen en un segundo Periodo Es el tiempo en que se produce la onda y es numéricamente inversa a la frecuencia Unidad de frecuencia Es el Herz que es igual al número de vibraciones producidas en un segundo Ondas estacionarias Produce cuando la misma onda se refleja con la misma velocidad pero en sentido opuesto, forman nodos y antinodos Refracción de ondas Es el cambio de velocidad producido cuando una onda atraviesa un medio distinto Reflexión de ondas Es el rebote de una onda sobre una superficie refringente o reflejante Pulsaciones Es la superposición de ondas con una frecuencia ligeramente diferente que forman una onda compleja la cual se repite con el tiempo Interferencia de ondas Por su longitud y frecuencia las ondas pueden tener una interferencia constructiva o destructiva, siempre que coincidan sus crestas con sus valles o bien que se inviertan Velocidad de una onda Es el producto de su frecuencia por su longitud de onda Ondas en tubos La longitud de onda fundamental en un tubo abierto es el doble del largo del tubo, en uno Cerrado la longitud de la onda fundamental es cuatro veces la longitud del tubo. Sobretonos En un tubo abierto se pueden tener el doble de sobretonos armónicos que un tubo cerrados en este ultimo caben únicamente cuatro impares de la longitud de onda, mientras que en el cierto caben todos los cuartos de longitud de onda. Figuras de Chladni Son figura formadas en placas y varillas que vibran, se aprecian en placas a las que se les Espolvorean arena fina que son frotadas por un arco de violín Sobretonos Son modos de vibración formada por los segmentos de vibración empleados Aparatos para ondas estacionarias Aparato de Kundt y de Melde 7.-CONSIDERACIONES SOBRE LA MATERIA: CONSTITUCIÓN, PROPIEDADES DE LOS GASES Y FENÓMENOS DE SUPERFICIE Estados físicos de la materia Se encuentra en tres estados, sólida, liquida y gaseosa Sólido No cambia de forma y volumen, sus moléculas están fuertemente unidas por una fuerza de Cohesión
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    Liquido Varía su formasin cambiar el volumen Gaseoso Varían su forma y volumen Energía cinética de las moléculas Como resultado de sus vibraciones las moléculas poseen energía Calor sensible es el que hace variar únicamente la temperatura del cuerpo Calor latente Es la cantidad de calor para cambiar su estado físico sin producir un cambio en su temperatura Moléculas Son las unidades más simples conocidas de una sustancia química Átomos Pequeños componentes de materia formados por protones electrones y neutrones Protón Partícula con carga positiva y se encuentra en el núcleo Electrón Partícula con carga negativa y se encuentra girando en órbita alrededor del núcleo Neutrón Partícula sin carga que está en el núcleo del átomo Electrostática Carga eléctrica producida por el frotamiento de dos cuerpos diferentes Carga negativa por frotamiento Ebonita frotada con piel se carga negativamente Positiva por frotamiento vidrio frotado con seda se carga positivamente Movimiento browniano Las moléculas de las sustancias se encuentran vibrando. Como sé demuestra cuando se ve al Microscopio a partículas finas de polen sobre una gota de agua Teoría cinética de la materia Las moléculas son pequeñas partículas esféricas que tienen energía interna capaz de moverse con una velocidad media característica como ocurre para e nitrógeno que es de unos 500 metros por segundo Cero absoluto La temperatura limite que está a -273 grados centígrados, que de acuerdo a la teoría cinética La actividad molecular debe ser mínima Presión La teoría cinética establece que es la fuerza por unidad de área que ejercen las moléculas al Chocar sobre el recipiente que las contiene Temperatura La teoría cinética establece que es la energía cinética promedio de las moléculas Cohesión Fuerza que mantiene unidas a las moléculas del cuerpo Adherencia
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    Es la atracciónque se manifiesta entre moléculas diferentes como un líquido y su contenedor Capilaridad Son aquellos tubos que tienen su diámetro comparable al grueso de un cabello Efectos de capilaridad Mientras más delgado sea el tubo más alto ascenderá el agua, en el caso de mercurio sucede lo contrario, se produce en contra de los principios de la hidrostática y la gravedad, por efecto de la cohesión y adherencia. Tensión superficial Las moléculas en un liquido se atraen en todos los sentidos, sin embargo sobre la superficie o interface no tienen una fuerza por encima de ellas, lo cual produce una tensión sobre estas Ejemplo de tensión superficial Un insecto puede caminar por encima del agua ya que esta se comporta como una membrana Que opone resistencia para ser penetrada Difusión sí dos líquidos distintos se ponen en un tubo común, después de algún tiempo se encuentra que han penetrado uno sobre el otro mezclando sus moléculas uniformemente Osmosis Ciertas sustancias actúan como válvulas de un solo sentido para el paso de ciertos fluidos, Como ocurre con las células vivas Hidrodinámica Parte de la Física que estudia los líquidos en movimiento Principio de Bernoulli En un liquido en movimiento la suma de las energías cinética y potencial mas el trabajo externo menos el rozamiento es igual a una constante en todas las secciones de su conducto o tubería Salida de un liquido a través de un orificio El liquido que sale pierde energía potencial y gana energía cinética, la velocidad aumenta con La profundidad del orificio Relación entre la velocidad y la sección del tubo Cuanto mentó es la sección del tubo conductor mayor es la velocidad de salida del liquido Relación entre la presión y la velocidad de un líquido A mayor presión menor velocidad y a menor presión mayor profundidad Ejemplo de un ala de avión El ala se eleva debido a que es mayor la presión en su parte inferior, debido a que la corriente De aire es de menor velocidad que la parte de arriba 8.-CONSIDERACIONES TÉRMICAS- LA NATURALEZA DEL CALOR, TERMOMETRÍA, DILATACIÓN, CALORIMETRÍA Y CAMBIOS DE ESTADO Calor Energía que producen los cuerpos, se manifiesta por su temperatura, dilatación y cambios de Estado Origen del calor El conde de Rumford al taladrar el bronce para la fabricación de cañones observo que el calor se obtenía del movimiento o fricción por las brocas utilizadas, una chata o roma y otra puntiaguda. Producción del calor Es originado por el movimiento de sus moléculas debido a la energía cinética que poseen Concepto de calor es la suma de la energía cinética de todas sus moléculas
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    Manifestación del calor Esuna forma de energía que se produce por la transformación de otra forma de energía debido al principio de conservación que dice que nada se crea ni se destruye solo se transforma Temperatura Es el efecto que tiene el calor y es la medida de energía interna que tienen los cuerpos Definición de temperatura Es la medida de la energía cinética media de cada molécula de la substancia Diferencia entre calor y temperatura El calor es la suma de la energía cinética de todas las moléculas y la temperatura la energía Cinética media de cada molécula Medida de la temperatura Para obtener mediciones exactas se emplean termómetros de mercurio, alcohol y metálicos. Termómetro de mercurio Consta de un tubo de vidrio capilar sin aire, con un deposito esférico o cilíndrico que Contiene determinada cantidad de mercurio. Funcionamiento del termómetro En base en la dilatación o contracción que experimenta el mercurio cuando se pone en contacto con un cuerpo caliente o frió Calibración del termómetro La primera medida a cero grados se obtiene con la marca que da el termómetro cuando se tiene una mezcla de hielo picado y agua y la segunda marca a 100 grados cuando se introduce el termómetro en los vapores de agua. Unidad de calor Puesto que el trabajo se transforma en calor y este en trabajo, el calor se mide en joules y Tiene una equivalencia en calorías Caloría Cantidad de calor que se suministra a un gramo de agua para que se eleve un grado Centígrado, de 14.5 grados a 15.5 grados. Transformación de trabajo en calor una caloría es igual a 4.18 joules Termodinámica Parte de la Física que trata de la transformación de energía mecánica en calor y el calor en Trabajo Maquinas térmicas De vapor, turbina y el motor de combustión interna Termometría Es la rama de la termodinámica que se encarga de la medición de la temperatura, mediante las escalas de termómetros que utilizan la dilatación térmica en sus lecturas. Puntos fijos en las escalas Se utiliza la temperatura del hielo fundiéndose y la temperatura a la que hierve el agua a una Presión normal de una atmósfera con una medida barométrica de 76 cms. De mercurio. Escala Celsius y Fahrenheit La congelación se gradúa en cero y 32 grados respectivamente y la ebullición en 100 y 212 Respectivamente, con una escala de división de 100 y 180 grados respectivamente Conversión de una escala a otra
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    Para obtener gradosFahrenheit se multiplican los grados centígrados por 1.8 (9/5) y su resultado se le suma 32. Correspondencia entre escalas Incidentalmente se encuentra que las dos escalas coinciden a -^0 grados una de otra. Coeficiente de dilatación Para los sólidos y líquidos se puede obtener por cada substancia un coeficiente de dilatación lineal, superficial y volumétrica. Dilatación para los gases El coeficiente de dilatación cubica es aproximadamente para todos los gases una fracción de 1/273 partes de su volumen inicial, por cada grado Celsius, así mismo si se enfría un grado Celsius se reducirá en esta misma proporción. Escala absoluta de temperaturas Debido a que la teoría cinética establece que todo movimiento molecular cesa a una temperatura de -273 grados centígrados, se establece el cero absoluto a esa temperatura en una escala de temperaturas kelvin, por lo que la fusión del hielo queda a 273 grados y su ebullición a 373 en esta escala. Fuerzas moleculares en la dilatación térmica Cuando se calienta el acero este aumenta su longitud 11/1,000,000 partes, esto significa que un puente de un kilómetro de longitud aumentara unos 55 cms cuando su temperatura de -10 grados a+40 grados centígrados. Dilatación térmica, termostatos Una tira de hierro sujeta a una tira de latón de la misma longitud se encorva en un 50% al calentarse, porque el latón se dilata en un 50% más que el hierro, incidentalmente el cemento y el acero tienen afortunadamente el mismo coeficiente de dilatación. Ley general de los gases La presión multiplicada por el volumen y dividida entre la temperatura da una cantidad constante, de aquí se desprende la ley de Boyle a temperatura constante, la ley de charles a volumen constante y la de Gay Lussac a presión constante. propiedades de los gases Varían considerablemente con la temperatura y la presión Condiciones normales Se dice que un gas esta en esas condiciones cuando la presión es a nivel del mar y a cero grados centígrados Ley de Boyle la presión varia inversamente con el volumen cuando se encuentra a temperatura constante Ley de gay Lussac volumen varia directamente con la temperatura cuando se encuentra a presión constante Ley de Charles La presión varía directamente con la temperatura cuando se encuentra a volumen constante La unidad térmica británica (BTU) y la caloría En estados unidos se emplea la BTU que es igual a 252 calorías. Calorimetría y calor específico Es el la medida del calor y el calor especifico se obtiene como el calor necesario para elevar La temperatura en un grado Celsius, un gramo de la substancia en cuestión. Estados de la materia Los tres estados sólido, liquido y gas dependen del contenido de calor, un cambio de estado implica una adición o sustracción de una cierta cantidad, así también se requiere de una caloría para elevar un grado centígrado un gramo de agua.
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    Cambios de estado Desólido a liquido = fusión, de liquido a vapor = vaporización, de sólido a gas = sublimación De vapor a liquido = condensación de liquido a sólido = solidificación De gas a liquido = licuación Ebullición De liquido a vapor, el cual se efectúa en cualquier parte del liquido no únicamente en su Superficie libre como ocurre con la vaporización Calor latente de vaporización Cuando se llega a la ebullición se requieren 540 calorías para convertir un gramo de agua en vapor Cambios de temperatura de la ebullición con la presión En condiciones normales de presión igual a una atmósfera el agua hierve a 100 grados Centígrados, en una olla exprés con una presión de 2 atmosferas, el agua hierve a 120 grados Centígrados, lo cual hace que los alimentos se cocinen en un menor tiempo que en condiciones Normales. Presión del vapor Las moléculas encerradas originan una presión cuando se acumulan, se llama presión de vapor saturado a la temperatura en la cual las moléculas que salen por la ebullición son las mismas a las que se reciben al pasar del vapor al liquido, haciendo coincidir esta presión con la atmosférica. Humedad El vapor de agua en el aire proporciona humedad, cuando el agua se separa del aire se dice Que su humedad relativa es del 100%. Humedad absoluta Es la cantidad de vapor de agua que contiene un volumen dado de aire Humedad relativa Es el cociente de la humedad absoluta entre la máxima cantidad de vapor que puede contener Roció Es la máxima cantidad posible de humedad en el aire, el punto de roció ocurre en un vaso con hielo porque su temperatura es suficientemente inferior a la del aire, haciendo que la entidad de vapor de agua presente llegue a la saturación Roció en el césped Se forma en anocheceres cuando su temperatura disminuye lo suficiente (probablemente por radiación) para que el vapor de agua presente llegue a la saturación, si la temperatura es muy baja el vapor de agua cambia directamente a hielo formándose escarcha. Girómetro giratorio Cuando se hace girar como matraca mide la humedad relativa, mediante la diferencia de las lecturas obtenidas en dada uno de sus bulbos seco y húmedo. Congelación, calor de fusión Hay que sustraer 80 calorías por gramo para congelar el agua líquida. Refrigeración, utilización del calor de fusión Las 80 calorías para convertir el agua en hielo se obtiene de los alimentos del refrigerados y por ello se aísla el refrigerador para que no sea obtenida del exterior. Calefacción de las casas, utilización del calor de evaporización Las 540 calorías liberadas por cada gramo de agua condensado por el radiador, contribuyen al calentamiento de la habitación
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    Sublimación Muchas substancias pasande sólido a liquido sin pasar por la fase liquida, gran parte de la nieve que se encuentra en el suelo durante el invierno se sublima en lugar de fundirse. Aire liquido Todos los gases pueden ser licuados y solidificados el aire liquido se encuentra a-180 grados v centígrados, en condiciones normales esta hirviendo como el gas que conocemos, asimismo el aire liquido como el hielo seco no debe encerrarse en un recipiente porque este explotaría ya que liberaría una gran presión, toda vez que su presión de vapor saturado es de muchas atmósferas. Efecto de la presión en el punto de congelación Un patinador ejerce presión en una pista, haciendo que aparezca una delgada capa de agua apreciable por la trayectoria que lleva, después casi instantáneamente esa agua se regela al suprimirse la presión del patinador, esto explica el modo como los heleros se deslizaron sobre grandes porciones de la tierra. Punto triple A una temperatura de cero grados centígrados y una presión de 4 milímetros de mercurio, el Agua hierve y se congela simultáneamente, coexistiendo sus tres fases, sólida, liquida y Gaseosa. 9.-CONSIDERACIONES TÉRMICAS, LA NATURALEZA DE LA TRANSMISIÓN DEL CALOR, LA TEORÍA CUÁNTICA Y ALGUNAS CONSIDERACIONES HISTÓRICAS. El calor puede transmitirse de un lugar a otro La temperatura es la propiedad que determina la dirección en la que fluye el calor de un Cuerpo a otro. Cantidad de calor Como no puede verse ni pesarse el calor se mide por la cantidad que un cuerpo caliente cede a Otro frió Se transmite o fluye el calor (no el frió) El calor fluye de regiones de alta temperatura a baja temperatura, el frió no invade una casa, m realidad el problema es aislar la casa para evitar que el calor del interior escape al exterior, similarmente usamos ropa caliente para mantener el calor del cuerpo. Las tres formas en que se transmite el calor por conducción, convección y radiación Buenos conductores de calor Metales como la plata, cobre, oro, estaño, aluminio y fierro Malos conductores de calor Aire y gases con excepción del hidrogeno, agua y otros líquidos, Conducción Forma en la que se transmite el calor en los sólidos, las moléculas reciben directamente el calor aumentan sus vibraciones y las comunican con las contiguas y van transmitiendo una a una el calor. Ejemplo de conducción El calor que se transmite de una cuchara colocada en un extremo en una parrilla de gas Convección Transmisión del calor en líquidos y gases a través de masas de agua y gas mediante su Circulación Ejemplo de convección en un cubo de hielo flotando en un vaso con agua Se establecen corrientes de agua donde la más fría se hunde al fondo y las porciones tibias se Elevan a la superficie marina en el día el calor va del mar a la costa
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    Brisa terrestre En lanoche el calor va de la costa al mar Causas La costa se caliente y se enfría rápidamente y el mar se calienta y enfría lentamente Radiación Es la transmisión del calor de unos cuerpos a otros sin ningún medio material entre ellos Ejemplos de radiación Chimenea, focos, fogatas, una plancha, calefactores eléctricos etc. Espectroscopia Es el análisis de las radiaciones de la luz, el calor está ligado con la luz Ley de radiación térmica La rapidez con la que se radia calor depende de la superficie del cuerpo radiante, su temperatura y naturaleza, la temperatura tiene una proporcionalidad con esa rapidez a la cuarta potencia Superficies rugosas y lisas Las primeras se enfrían mas rápido que las segundas y las negras más que las blancas, así mismo un buen radiador también es un buen absorvedor de calor debido a que una substancia absorbe calor radiante en la misma proporción en que lo emite Invernadero Local cerrado con paredes de vidrio destinado a proteger del frió invernal a las plantas ornamentales o frutales Radiómetro de Crookes Esfera con cuatro paletas que giran cuando el calor radiante llega, demostrando que el calor es capaz de producir presión La botella "termo" Reduce los tres modos de transmisión de calor mediante una doble pared con vacio y una pared interna plateada. Eficiencia de la botella "termo" Mantiene por más tiempo lo frió que lo caliente, porque los cuerpos calientes, radian espontáneamente el calor que los fríos. Transmisión selectiva de radiación Ciertas substancias son más transparentes a las ondas luminosas cortas que a las térmicas largas, por ejemplo los cristales de un invernadero, en donde la luz incidente entra y es absorbida, transformándose en ondas de calor que quedan atrapadas. Teoría cuántica de Marx Planck Encontró que la energía radiante se propaga como una perturbación ondulatoria discreta, en Porciones o paquetes de una unidad elemental llamada cuantos o quanta. Algunos aspectos filosóficos de la teoría cuántica La teoría cuántica tiene un aspecto corpuscular para explicar la naturaleza de la energía radiante, sin embargo se requiere la hipótesis ondulatoria para completar los fenómenos observados, motivo por el cual la parte corpuscular explica fenómenos principales pero no a detalle como la parte ondulatoria La nueva física va mas allá que la física clásica La física de newton es solo diferente de la nueva física en el terreno sub microscópico, motivo por el cual
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    esta última esmas general que la física de newton, quedando establecido que una nueva teoría debe abarcar la teoría anterior suficientemente comprobada. Discrepancias adicionales de la Física clásica El estudio del movimiento relativo que ha sido explicado por Einstein, el postulado de que ningún cuerpo puede tener una velocidad mayor a la luz, no parece razonable desde el punto de vista de la Física clásica newtoniana. 10.-CONSIDERACIONES: ELÉCTRICA: ELECTRICIDAD ESTÁTICA, CARGAS: POTENCIAL Y CAPACITANCIA Electricidad por fricción Una barra de ebonita frotada con piel adquiere una carga negativa, asi mismo una barra de vidrio frotado con seda adquiere una carga positiva. Semejanza entre las fuerzas magnéticas y eléctricas La fuerza magnética se observo en una piedra natural llamada magnetita que atraía limaduras de hierro, así mismo la fuerza eléctrica se observo en el ámbar que atraía pedacitos de paja. Se llaman a estas fuerzas de campo, ya que su influencia es a través del par carga- campo. Teoría de dos fluidos eléctricos Una vez establecida dos tipos de cargas, una ley que cargas iguales se repelen y desiguales Se atraen, se pensó que existían el fluido positivo y el negativo. Teoría de un solo fluido La teoría de dos fluidos fue (necesaria ya que la carencia (positivo) y el exceso (negativo) se explica considerando que la carga que se desplaza es solo negativa por medio de electrones «res. Terminología eléctrica basada en la teoría de un solo fluido positivo La terminología antigua considera al fluido positivo debido a que el electrón se descubrió Posteriormente Naturaleza abstracta del estudio de la electricidad La electricidad se ha desarrollado como un conocimiento abstracto ya que es un producto de La mente el concepto de unidad de carga base de todo el estudio. Ley de coulomb Establece que la fuerza entre cargas o distribuciones de ellas es directamente proporcional A sus cargas e inversamente proporcional al cuadrado de su distancia, tomadas de dos en dos. Unidad de carga Se define en función del valor de la carga del electrón y recibe el nombre de coulomb Definición de coulomb Si dos cargas puntuales iguales se colocan a un metro de distancia y se rechazan con una Fuerza de 9 x 10 a la 9 de newtons, entonces cada carga tendrá el valor de un coulomb. Concepto de campo eléctrico Es la región que rodea una carga o distribución de carga en la cual se manifiestan las fuerzas Eléctricas. Intensidad de campo eléctrico Es la fuerza que recibe la unidad de carga positiva colocada en el punto en donde se desea Medirla Línea de fuerza Es el camino que tomaría una carga positiva si se le soltara en la vecindad del campo Eléctrico considerado, su intensidad se dibuja con un mayor o un menor número de líneas Sentido de las líneas Positivas salen y negativas entran sobre la carga o distribución de carga Potencial eléctrico Es el trabajo necesario para llevar una carga prueba positiva desde el infinito hasta el punto
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    De potencial quese desea medir Diferencia de potencial Es el trabajo necesario para llevar una carga prueba positiva desde un punto "a" hacia un Punto "b". Definición del volt Es el trabajo suministrado en un joule entre la unida de carga de un culombio Analogía mecánica de la diferencia de potencial Es similar a un misil que se eleva por encima de la tierra adquiriendo energía de almacenamiento por la altura alcanzada la cual en su caída libre se libera en energía de movimiento o cinética, por tal motivo la energía eléctrica es el producto del potencial por la Carga prueba. Conducción eléctrica y aislamiento Las substancias se dividen en conductoras o aislantes, donde los metales constituyen el Primer grupo y las sustancias como el vidrio, porcelana y ebonita ejemplifican al segundo. Producción de diferencias de potencial Ocurre cuando se separan las cargas de un cuerpo eléctricamente neutro. Teoría electrónica Thomson descubrió la unidad de carga negativa (el electrón) Milikan aprovechando este hecho su relación carga masa pudo obtener esta última, demostrándose cuantitativamente que los cuerpos son neutros y con la fricción se crean diferencias de potencial que hacen que queden cargados al pasar electrones de un cuerpo a otro. Capacidad eléctrica o capacitancia Eléctricamente se demuestra que un conductor grande en relación con uno pequeño, requiere de mayor carga para tener el mismo potencial, por tal motivo el conductor pequeño requiere alcanzar un potencial mayor que el grande, para una misma carga repartida entre ellos, ya que la capacitancia del grande es mayor Una aplicación del capacitor La función de una bujía de automóvil es generar una chispa cuando se alcanza un cierto valor del potencial del capacitor, liberando una carga mayor, logrando condensar la elecricidad para el encendido del motor. Detección de la carga eléctrica, electroscopio de hojas de oro Es un frasco con un tapón de metal sobre el corcho de la botella, el cual forma una varrilla al centro de esta que termina en dos alambres juntos con capacidad de separarse por efecto de la carga eléctrica obtenida por inducción o contacto. Carga por inducción Se realiza cuando un cuerpo cargado se encuentra cerca, separándose las laminillas del electroscopio con una carga opuesta y de igual magnitud a la presentada, la cual desaparece cuando se aleja el objeto cargado. 11.-MAGNETISMO, FENÓMENOS, ÁNGULOS DE DECLINACIÓN E INCLINACIÓN Fenómenos magnéticos elementales Cuando se descubrió que el imán natural producido por el mineral de magnetita se ideo hacerlo barra y suspenderlo con un hilo formando la primera brújula que permitió a los navegantes tener una orientación por las noches, este descubrimiento se remonta a los chinos. Explicación del magnetismo Se sugirió por los primeros investigadores que este fenómeno era de naturaleza corpuscular llamados dipolos eléctricos de los átomos, cuya orientación es al azar para un cuerpo neutro y con una orientación de polo magnético para un imán natural (magnetita) Magnetismo terrestre El fenómeno de orientación de una brújula sugirió a los investigadores que existía en la tierra dos grandes polos, descubriendo que el norte geográfico era diferente al norte magnético, cuya
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    característica varía encada lugar de la tierra, el cual se llamo ángulo de declinación y es 8 grados 27 minutos. Ángulo de declinación Es la medida que la brújula hace entre el polo norte geográfico y el polo norte magnético y En la ciudad de México es de 8 grados 25 minutos, Ángulo de inclinación Es la medida que la brújula hace con la horizontal y en la ciudad de México es de 47 grados 16 minutos, apuntando al norte hacia el suelo, así la tendencia vertical sobrepasa la horizontal por una relación de 5 a 1. Líneas magnéticas de fuerza Son líneas imaginarias que parten del extremo norte de un imán y terminan el sur. Materiales magnéticos El hierro, el níquel y el cobalto, recientemente se fabrican aleaciones como el permaloy y el Olnico. Inducción magnética Cuando una varilla de hierro desimantada se coloca cerca de una varilla de imán, se induce él la primera dos polos magnéticos temporales, adquiriendo (hierro) una polaridad opuesta en su extremo próximo al inductor (imán) Permeabilidad magnética Es la facilidad con la que se imanta con gran fuerza una substancia magnética, bajo la presencia de un campo magnético débil, como el permaloy, a las substancias con mayor permeabilidad magnética se les llama ferro magnéticas como el fierro y el acero, si la substancia por su presencia aumenta un campo magnético pero no tan intensamente, se llama paramagnética como el níquel y el cobalto, por otro lado el bismuto se llama diamagnética porque debilita un campo magnético. Medida de la permeabilidad magnética Las substancias ferro magnéticas tienen una permeabilidad mucho mayor que uno, las Paramagnéticas mayor que uno y las diamagnéticas menor que uno. 12.-CONSIDERACIONES ELÉCTRICAS, CORRIENTE ELÉCTRICA La edad de la electrónica Actualmente se han ideado una gran cantidad de aparatos para el uso del hombre que se alimentan de electricidad para su funcionamiento, siendo los primeros para su estudio: el timbre eléctrico, el generador eléctrico y el motor eléctrico. Experimento de Galvani Cuando se colocaron ancas de rana entre dos alambres, uno llevaba corriente y el otro no, se observo que las ancas se movían pro el impulso eléctrico suministrado entre la diferencia de potencial de los cables, esto demostró la conversión de energía eléctrica en energía química de movimiento. Fuerza electromotriz y corriente Existen muchas clases de bombas eléctricas comerciales como pilas o generadores eléctricos, cuya única función es suministrar una diferencia potencial constante para que se establezca una corriente eléctrica continua Flujo de cargas Si se proporciona un camino conductor entre dos puntos de potencial diferentes, la carga eléctrica en forma de electrones pasa en un intento de igualar el potencial, pero si se hace el arreglo para mantener la diferencia de potencial, se establecerá una corriente eléctrica La corriente eléctrica Es el movimiento de electrones libres por un conductor o alambre, aumentado por una fuente de energía electromotriz como la suministrada por la compañía de energía eléctrica y baterías o generadores eléctricos Medida de la intensidad de la corriente
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    Es el cocientede cargas entre segundo, por tal motivo un ampere es igual a un coulomb sobre Segundo La unidad legal de la corriente eléctrica Es el ampere o amperio que se define en función de la masa de plata depositada por segundo Mediante efectos químico de una solución electrolítica de nitrato de plata. Electrólisis Una solución liquida es capaz de transportar cargas que se depositan por ionización, donde las cargas positivas cationes son atraídas a la terminal negativa y las cargas negativas jones son atraídas a la terminal positiva, siendo el principio básico de la galvanoplastia Para depositar plata en una cuchara Efectos de la corriente eléctrica Produce efectos que son reconocidos como químicos, térmicos y magnéticos Efectos químicos de la corriente eléctrica Las pilas químicas mantienen un potencial gastando su energía, como lo hacen las pilas húmedas y secas, siendo para las primeras un ejemplo una barra de cobre y una de zinc sumergidas en hacido sulfúrico, y para las segundas una pasta que se va degradando conforme la batería se descarga Efectos térmicos, ley de joule La corriente es un movimiento de electrones que causa calor cuando pasa por el circuito, Este calor es igual a 0.24 por la corriente al cuadrado, por la resistencia y por el tiempo. Aplicaciones del efecto calórico Fusibles, calefactores eléctricos y alumbrado eléctrico (lámparas incandescentes y focos Eléctricos Efectos magnéticos Una brújula colocada sobre un alambre que lleva una corriente eléctrica se mueve demostrando que el campo eléctrico genera un campo magnético que afecta la brújula, este efecto lo observo oersted. Electroimán un alambre enrollado en forma de bobina (solenoide) se comporta cuando está conectado a la corriente como un imán temporal, se intensifica su inducción si se coloca en su centro una barra de hierro dulce. Fuerza lateral debida a un campo magnético La regla de los tres dedos de la mano izquierda o regla del motor señala que él índice colocado en el flujo magnético de norte a sur, el dedo cordial medirá el sentido de la corriente y el dedo pulgar el sentido del movimiento por la fuerza eléctrica. Inducción eléctrica, ley de Faraday Cuando se coloca un imán recto en un alambre enrollado en forma de bobina (solenoide) se Produce una corriente eléctrica en dicho conductor, cuando el imán es sacado y metido del Solenoide. Ley de Lenz cuando se hace circular una corriente eléctrica a través de un alambre, esta pudo producir una corriente eléctrica inducida en circuitos cercanos al primero Aplicación de la ley de Lenz La inducción asociada por una corriente alterna variable, permite el funcionamiento de Transformadores eléctrico, como bobina de inducción, telégrafo, teléfono, radio etc. Tipos de electricidad Corriente alterna es suministrada por la compañía de energía eléctrica y se caracteriza por el cambio de polaridad de la corriente, la corriente directa es suministrada por baterías, pilas, generadores o acumuladores y su polaridad no cambia con el tiempo. Circuito eléctrico Formado por un conductor o alambre en un camino cerrado que inicia y termina en la fuente de energía electromotriz, este circuito puede ser simple (uno solo) o formado por un grupo de estos haciendo una red o maya de circuito.
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    Tipos de circuitos Enserie cuando sus partes se encuentran colocadas una seguida de otra, y en paralelo cuando sus partes se dividen simultáneamente en varias ramas o caminos, Baterías en serie y en paralelo Para la primera el voltaje total se obtiene con la suma de cada una batería, para la segunda el Voltaje se mantiene constante y es igual al de una de las baterías Resistencia eléctrica La oposición al flujo eléctrico a través de un circuito eléctrico constituye una resistencia eléctrica y esta se forma por diferentes elementos como resistores, capacitores, inductores, focos, transistores, diodos y en general todo elemento que tenga una función específica en el circuito. Ley de ohm La resistencia sobre un elemento de un circuito se obtiene entre el cociente del voltaje Aplicado entre la corriente, por tal motivo un ohm es igual a un volt entre un ampere Trabajo y potencia eléctrica La potencia de una corriente eléctrica es el trabajo que se produce en un segundo, por tal Motivo un watt de potencia es igual a un joule sobre segundo. Potencia eléctrica en un circuito Se obtiene por el producto de la diferencia de potencial por la corriente, por tal motivo un Watt de potencia es igual a un volt por ampere. Energía consumida por un foco Por ejemplo un foco de 75 watts durante 10 horas consume 750 watts-hora o bien 0.75 kilowatt-hora. El timbre eléctrico al cerrar el circuito el electroimán magnetiza la varilla que en su extremo tiene un martillo que golpea a una campana, pero al moverse se interrumpe el circuito y se regresa a su posición original repitiéndose el proceso y por supuesto se repite el golpe El generador Es una maquina que utiliza energía mecánica para producir corriente eléctrica, como por ejemplo los dinamos que utilizan las bicicletas para generar corriente eléctrica que se transforma en luz útil. El motor eléctrico Funciona en forma inversa al generador ya que convierte energía eléctrica en mecánica y consisten en bobinas o armaduras con un núcleo de fierro y todo colocado en la presencia de un imán permanente, una vez que se le proporciona corriente al circuito la bobina gira por acción del rotor proporcionando movimiento mecánico útil. El galvanómetro de D' Arsonval Consiste en un cuadro rectangular formado por muchas tiras de alambre suspendido en una armadura vertical entre los polos de un imán permanente, cuando se establece una corriente se forma una torca que tiende a torcer todo el cuadro, contra la torca de restauración elástica debida a un resorte externo, el ángulo está indicado por un rayo que se refleja en un espejo. Importancia del galvanómetro de D' Arsonval Todos los multimetros (voltímetros y amperímetros) son de este tipo, solo que en lugar de espejo se sujeta a un índice o manecilla que oscila sobre una escala montada sobre el aparato. 13.-CONSIDERACIONES ELECTRÓNICAS Y FENÓMENOS ATÓMICOS Y NUCLEARES INTRODUCCIÓN, FÍSICA MODERNA, DESCARGA ELÉCTRICA EN GASES, "RAYOS "X", ELECTRÓNICA, RADIACTIVIDAD, FÍSICA NUCLEAR, Y EL ESTADO SÓLIDO La situación de la física por 1890 Por esa época percibían que los descubrimientos importante ya son habían hecho y solo las nuevas generaciones tendrían la tarea de aumentar la precisión de las constantes Físicas. La descarga eléctrica en los gases
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    el aire secoa la presión atmosférica es un buen aislador ya que se necesitan 30,000 volts por centímetro para perforarlo. El tubo de descarga demostración si a un tubo de vidrio con una gran diferencia de potencial entre electrodos se le extrae gradualmente el aire, se observara la siguiente secuencia: una chispa larga y rasgada, filamentos irregulares violeta, todo con brillo púrpura, todo con brillo rosado y rosado intenso, un brillo azul negativo, entre el brillo azul negativo y el rosado intenso un espacio obscuro de Faraday, el rosado intenso se debilita en estrías positivas blancas, el brillo azul negativo se recorre y aparece el brillo catódico y un segundo espacio obscuro de Crookes, finalmente todo se vuelve negro y las paredes del tubo brillan con luz verdosa llamada fluorescencia. Rayos catódicos Tener fluorescencia en él tubo de descarga se aprecia un flujo de radiación que se propaga del cátodo al ánodo en línea recta, y se pueden desviar por un campo magnético y eléctrico demostrándose que es un flujo de carga negativa llamada electrones. Rayos "x" Una vez descubiertos los rayos catódicos, se observo que al frenarlos con una diana o i blanco, una radiación se emitía y era capaz de atravesar substancias opacas e imprimir placas fotográficas, a estos rayos también se les llaman rayos roentgen. Aplicación de los tubos de descarga Los modernos anuncios de neón, la iluminación fluorescente capaces de producir diferentes Colores. Aspectos cuantitativos del electrón Thomson logro medir el resultado del cociente de la carga entre la masa de un electrón, colocando un campo magnético transversal a un flujo de electrones los cuales se curvaron radialmente, luego aplico un campo eléctrico para restablecer el flujo lineal de los electrones y con ello cuantifico todas las magnitudes directamente medibles con excepción de este cociente que fue de 1.76 por 10 a la 11. Determinación de Millikan de la carga del electrón Con una gota de aceite cargada la cual se dejo a la acción de la gravedad, pudo equilibrar estas dos fuerzas y así consiguió en términos de la densidad, viscosidad, velocidad y gravedad, la carga eléctrica adquirida por la gotita que en todos los casos observados fue múltiplo de una carga elemental de 1.6 x 10-¹⁹. Y con la relación carga masa de Thomson obtuvo la masa del electrón como 9 x 10-³¹ Emisión termoiónica Un filamento calentado dentro de un bulbo de vacio emite electrones que son lanzados por atracción electrostática, este fue el principio básico de todos los bulbos de la radio en innumerables aparatos electrónicos, a este descubrimiento también se llama efecto Edison. Efecto fotoeléctrico por la acción de la luz en un material fotosensible, se obtiene la emisión de electrones, cuya corriente eléctrica se puede controlar regulando la intensidad, y su energía cinética por ¿dio de la frecuencia, este fenómeno se explica por la teoría cuántica de Planck. Electrónica Todos los fenómenos en donde interviene el electrón, cuya aplicación se dio en el campo de las comunicaciones (radio, televisión, teléfono, telégrafo, radar etc.) Y después en aplicaciones medicas e industriales con el uso de los rayos "x", efectos Edison y fotoeléctrico, radiactividad, fisión y fusión nuclear etc. Radiactividad Becquerel observo que ciertas sales de uranio emiten espontáneamente radiaciones, cuyos efectos sometidos a campos eléctricos y magnéticos descubrió que se tienen tres tipos de radiaciones formadas por rayos alfa, beta y gamma, siendo los primeros núcleos de helio, los segundos electrones y los últimos radiación electromagnética. Estructura atómica La desintegración radiactiva sugirió que los átomos estables formados por protones, neutrones y electrones
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    podrían transformarse eninestables mediante el bombardeo con partículas aceleradas a grandes velocidades en generadores lineales de Van der Graaf o ciclotrones de Lawrence. Rayos positivos Junto con el descubrimiento de los rayos catódicos se observo simultáneamente una radiación que provenía del ánodo y llegaba al cátodo, formada por iones positivos cargados con varias masas y cargas. Isótopos Mando en cuenta que para un mismo elemento químico se pueden presentar diferentes masas, obtenidas por un mayor o menor número de neutrones, se encuentra que exhiben las Mismas características Físicas pero diferentes propiedades químicas. Isóbaros Son diferentes elementos químicos que presentan igual masa o peso atómico, los cuales Exhiben las mismas características químicas pero diferentes propiedades Físicas. Masas de un protón y electrón La primera es 1,840 veces mayor que la segunda, cuya proporción es parecida a un campo de fut bol y un balón. Teoría de Bohr El átomo de hidrógeno está formado por un protón en el centro y un electrón girando a su alrededor, así el helio tiene a dos protones y dos electrones girando, de esta manera los átomos de todos los elementos están formados por cargas positivas y negativa, cuyo éxito fue explicar los espectros ópticos. Principio de incertidumbre de Heisemberg Para las partículas atómicas (electrón) la posición y el ímpetu (masa por velocidad) no pueden Medirse con precisión. Constante de Planck Es el producto de estas dos incertidumbres (la posición y el ímpetu) siendo significativo para Partículas de tamaño atómico o subatómico y obscurecido para objetos macroscópicos. Neutrón Partícula que no tiene carga y cuya masa es aproximadamente igual a la del protón, así mismo El positrón tiene todas las características del electrón negativo pero tiene una carga Opuesta. El núcleo atómico está formada de varias partículas llamados nucleones, básicamente existen dos teorías el modelo de gota y el modelo de capas, el primero considera fuerzas nucleares de corto alcance mucho mayores a las electrostáticas o coulombianas, obligando al núcleo a semejar una gota de liquido, en cambio el segundo modelo consiste en asociar niveles de energía semejantes a los considerados para los electrones en la estructura atómica. Componentes nucleares Lo constituyen el protón, neutrón, positrón, mesones, piones, muones y antipartículas. Contador Geiger Mueller Cuando penetra a la ventana una partícula alfa o beta, el tubo del contador se descarga Detectando la partícula, de manera que puede contar él numero de partículas que lleguen. Cámara de niebla de Wilson Un aparato que permite que se condensen pequeñas gotitas de vapor de agua sobre los Trazos o trayectorias que lleven las partículas alfa y beta que se atraviesen. Cámara de burbujas Para detectar las trayectorias de las partículas alfa y beta se emplea hidrógeno liquido Saturado Contador de centelleo Son celdas fotomultiplicadoras que amplifican diminutas corrientes eléctricas formadas por Los haces de partículas alfa y beta
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    Emulsión fotográfica Placas sensiblesa la radiación alfa o beta que imprimen la trayectoria de estas partículas Rayos cósmicos Fuente de partículas nucleares formadas en el espacio exterior que penetran en la atmósfera de la tierra formada principalmente por protones que producen una radiación secundaria en forma de chubasco o estallido. Reacción y transformaciones nucleares Rutherford demostró que el nitrógeno bombardeado con partículas alfa, se transforma en oxigena (mas pesado) mediante la liberación de protones, también cuando se bombardea el litio con protones este se transforma en helio (más ligero) Producción de neutrones Chadwick los produjo bombardeando al berilio con partículas alfa para producir carbono y La emisión de neutrones. Decaimiento radiactivo y semivida La emisión espontánea de partículas alfa y beta en elementos químicos inestables, hacen que esta decaiga en otros elementos bien definidos, hasta que se llegue a una configuración estable, la semivida es el tiempo que necesita una sustancia para perder la mitad de su actividad radiactiva y puede variar de un segundo hasta millones de años. Energía nuclear de enlace Es la energía cedida o absorbida necesaria para fusionar o fisionar un núcleo atómico, tomando en consideración que la masa del núcleo no siempre es igual a las masas componentes que la formaron o en lo que terminaron. Fisión El isótopo del uranio 235 bombardeado por neutrones lentos hace que el núcleo se parta en dos partes desiguales cuyas componentes son el bario y el kriptón, las cuales son substancias colocadas en el centro de la tabla periódica y junto con esto se observo la liberación de gran cantidad de radiación gamma de alta intensidad y neutrones adicionales !e permiten continuar con la reacción en cadena, la energía se obtiene con la formula de E = mc² La bomba atómica Utiliza la fisión del uranio 235 con la posibilidad de crear en el proceso plutonio que también es fisionado aumentando mayormente la liberación de energía destructiva de este instrumento de guerra La fusión la bomba de hidrógeno Las temperaturas producidas en el proceso son suficientemente grandes para permitir la fusión del hidrógeno y el helio, con la liberación del exceso de radiación para reunir estos nucleones (protones y partículas alfa), como se encuentran en la parte inferior de la tabla de los elementos su energía de enlace no es grande, incidentalmente se producen menos desechos radiactivos con esta que con la anterior. Enlace molecular Las moléculas monoatómicas se explican suficientemente con las fuerzas coulombianas para iones positivos y negativos (enlace electrostático o iónico) sin embargo en moléculas diatómicas los átomos parecen repartirse los electrones formando fuerzas de intercambio (enlace covalente coordinado) Principio de exclusión de Pauli Cuando un átomo se aproxima a otro, los electrones de uno penetran en las capas de enegia del otro, siendo obligados los electrones a pasar a niveles superiores de energía, a fin de mantener unida a la molécula a pesar de la fuerza de repulsión coulombiana. Física del estado sólido Los átomos se reúnen por medio de fuerzas que dan por resultado una estructura cristalina, en los metales los electrones son libres de moverse saltando de un átomo a otro, la energía De vibración no es cero cuando la temperatura es de cero absoluto, la cuantizacion de las Ondas vibratorias en las redes cristalinas se le llama fonón. Niveles de energía En los sólidos se forman bandas de energía que se hacen anchas, en el cero absoluto, los electrones
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    se encuentran enla banda o nivel mínimo posible, es decir los niveles inferiores de energía se encuentran llenos y al elevarse la temperatura los electrones se excitan y tienden a ocupar otras bandas mas altas, en los metales las bandas de conducción no están llenas. Conductores y aisladores Los conductores, semiconductores y aisladores se diferencian entre sí por la extensión en la que se encuentran las bandas superiores de conducción, el nivel fermi de una substancia corresponde a la probabilidad de que un electrón ocupe cualquier estado disponible de energía de un 50%. Los semiconductores con impurezas Se forman cuando se agregan pequeñas cantidades de arsénico a un cristal de germanio para hacerlo conductor, esto altera la distribución electrónica de su banda de valencia y en la de conducción (separadas por el nivel de fermi), por ejemplo un átomo de arsénico suministra un electrón extra por lo que se llama impureza donadora produciendo el llamado semiconductor del tipo "n", en cambio las impureza aceptadora en donde los electrones faltantes producen cavidades u hoyos disponibles son semiconductores del tipo "p". El transistor Es la unión de n-p-n que tiene importantes aplicaciones como amplificador, pudiendo reemplazar a los bulbos de muchos circuitos eléctricos. El láser Es un aparato del estado sólido en donde los átomos son excitados en un estado de baja energía a uno de alta, por un procedimiento en donde la luz de alta frecuencia regresa a su estado original, siendo altamente amplificada y su frecuencia permanece exactamente igual a la fuente estimulante( luz coherente) 14.-CONSIDERACIONES ÓPTICAS, FOTOMETRÍA, LEYES DE LA ÓPTICA GEOMÉTRICA Y APARATOS ÓPTICOS Ámbito de la óptica Este estudio de la Física da respuesta al color, luz, rayos solares, diseño de instrumentos ópticos, iluminación, fotografía, microscopía, espectroscopia, optometría, polarización, así como el estudio de los aspectos filosóficos de esta teoría. Naturaleza compleja de este estudio Históricamente ha existido una controversia entre los partidarios de la teoría ondulatoria o corpuscular de la luz, que ha llegado a tener interpretaciones filosóficas. Óptica geométrica vs óptica Física La primera trata a la luz como rayos luminosos que se mueven él línea recta y explica los fenómenos de reflexión, refracción, desviación de la luz sobre una superficie refringente o bien sobre las lentes y la segunda trata a la luz en forma ondulatoria y explica los fenómenos de difracción, interferencia y polarización, añadiéndose el aspecto cuántico para los efectos Edison, fotoeléctrico, Compton y producción de pares. Primeras teorías Se aceptaba que la luz y la visión era lo mismo, por tanto se originaba en el ojo haciendo contacto con los objetos, un punto de vista posterior atribuía a la luz emitida la propiedad de presionar al ojo. Propagación rectilínea de la luz Esta teoría describe el comportamiento de la luz a nivel macroscópico, mediante el concepto de rayos de luz emitidos por cuerpos luminosos o bien reflejados por cuerpos iluminados, este hecho se ejemplifica con el experimento de la cámara obscura. Fotometría Es la parte de la óptica geométrica que estudia la medida de la cantidad de luz, mediante la Noción de rayos de luz que se propagan a partir de una fuente puntual con una simetría Esférica. Candela y lumen Una candela o bujía normal es la que emite un numero especificado de lúmenes de luz, siendo el Lumen la unidad de cantidad de luz.
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    Fuentes puntuales yno puntuales Si una fuente luminosa es pequeña se puede considerar como puntual y las reglas de la geometría tridimensional son suficientes para calcular la cantidad de luz emitida para fuentes de diferentes intensidades, para fuentes no puntuales se habla más bien de su brillo que de su intensidad Iluminación de una superficie Se obtiene calculando cuantos lúmenes se emiten por unidad de área, siendo su unidad el lux definida como él numero de lúmenes que recibe una superficie de un metro cuadrado que está a un metro de distancia de una candela normal Luxómetros o exposímetros Son instrumentos usados en fotografía para medir el tiempo necesario de exposición a la luz Para obtener fotografías instantáneas. Importancia de la fotometría Los ingenieros de iluminación aplican sus conocimientos en la industria y en espectáculos masivos de música o teatro etc., incidentalmente una superficie expuesta al sol del mediodía llega a ser de 100,000 luxes, en cambio la iluminación de la luna llena es apenas de 0.2 luxes. Ley de la iluminación Es la ley del cuadrado inverso, que establece que la iluminación de una superficie por una fuente luminosa puntual varia inversamente con el cuadrado de la distancia entre la fuente y la superficie iluminada, esto significa que si se duplica su distancia su iluminación disminuye a la cuarta parte de su valor, así mismo si una fuente tiene una doble intensidad que otra, debe colocarse 1.5 veces mas lejos que la más débil para producir ambas la misma iluminación. Reflexión Este fenómeno de la óptica geométrica establece que un rayo de luz que llega a una superficie refringente se refleja con el mismo ángulo con el que incide, midiéndose este a partir de la línea normal o perpendicular a la superficie, además el rayo incidente, el rayo reflejado y la línea perpendicular deben encontrarse en el mismo plano. Refracción Este fenómeno de la óptica geométrica consiste en que el rayo de luz transmitido, que atraviesa de un medio a otro, parece quebrarse obedeciendo la ley de Snell, que establece la medida relativa entre los ángulos del rayo incidente y el rayo refractado por la función de los senos, multiplicado por sus índice de refracción para cada medio. Efectos de la refracción Cuando el medio por atravesar es más denso el rayo refractado se desvía con un ángulo menor acercándose a la línea perpendicular, por ejemplo cuando un rayo de luz pasa de aire al agua, lo mismo ocurre cuando el rayo de luz pasa de agua a vidrio, por otra parte si los medios se invierten entonces el rayo refractado tiene un ángulo mayor La ley de Snell Establece que él índice de refracción entre los dos medios es igual al cociente del seno del Ángulo incidente entre el seno del ángulo refractado Fenómenos de la reflexión total interna Este fenómeno consiste en calcular el ángulo en el cual un rayo incidente de un medio a otro De menor índice de refracción permite que la luz se refleje totalmente sin transmitirse, como Si hubiera un espejo, obedeciendo a las leyes de la reflexión, este ángulo crítico es de 42 Grados. Imágenes formadas por espejos planos Cuando se colocan dos espejos planos a noventa grados uno del otro enfrente de un objeto, se obtienen tres imágenes de este, una por cada lado y la tercera en la bisectriz del ángulo que forman los dos espejos, así mismo se forman cinco imágenes cuando estos espejos se colocan con un ángulo entre ellos de 60 grados, siendo dos en cada espejo y el quinto en la línea que biseca al ángulo formado entre los dos espejos. Tipo de imagen del espejo plano Es derecha virtual y falseada, se forma a la misma distancia a este que a su imagen.
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    Reflexión en superficiesesféricas Un espejo convexo proporciona imágenes derechas virtuales y un espejo cóncavo imágenes invertidas reales, la diferencia entre real y virtual consiste que en la primera los rayos convergen recogiéndose en una pantalla y en la segunda divergen. Puntos focales Los espejos esféricos ya sean cóncavos o convexos tienen su foco a la mitad de su radio de curvatura. Tipo de imagen de espejos cóncavos y convexos Para los primeros las imágenes pueden ser más grandes o pequeñas, dependiendo de la posición del objeto al espejo, después o antes del foco, en cambio los segundos siempre producen imágenes más pequeñas. Lentes sencillas Las lentes convergentes o biconvexas son gruesas en el centro y delgadas en los bordes, en Cambio las lentes divergentes o bicóncavas son delgadas en el centro y gruesas en los Bordes. Rayos paralelos en lentes convergentes y divergentes En las primeras todos los rayos convergen en el segundo foco y en las segundas todos los rayos divergen a partir del primer foco, este proceso es reversible para formar rayos paralelos a partir de los focos y lentes descritos. Sistema convergente Está formado por espejos cóncavos o lentes biconvexas, forman imágenes reales invertidas y Menores cuando el objeto se encuentra antes del foco, en cambio producen imágenes Virtuales derechas y mayores cuando el objeto se coloca entre el foco y el espejo o la Lente. Diagrama de rayos se dibujan cuando se conoce el tipo de sistema (convergente o divergente) la posición de los focos y se aplican las leyes de la óptica geometría para la reflexión y refracción. Diagrama de rayos para un espejo cóncavo (sistema convergente) El objeto puede estar colocado antes del único foco o entre este y el espejo; la imagen se obtiene con un rayo paralelo que termina en el foco y un rayo que pasa por el centro y no se desvía y entre el cruce de ambos esta la imagen en posición y tamaño. Diagrama de rayos para un espejo convexo (sistema divergente) A partir del objeto se dibuja un rayo paralelo que termina en el único foco y otro rayo que va Hacia el centro y no se desvía, entre el cruce de ambos esta la imagen virtual derecha y Pequeña. Diagrama de tres rayos para los sistemas convergentes y divergentes Todo rayo paralelo pasa por el foco, todo rayo que pasa por el centro no se desvía y todo Rayo que pasa por el primer foco emerge paralelo Diagrama de rayos para una lente biconvexa (sistema convergente) El objeto puede estar colocado antes del foco o entre este y el espejo; la imagen se obtiene con un rayo paralelo que termina en el segundo foco y un rayo que pasa por el centro y no se desvía y entre el cruce de ambos esta la imagen en posición y tamaño Diagrama de rayos para una lente bicóncava (sistema divergente) A partir del objeto se dibuja un rayo paralelo que termina en el primer foco y otro rayo que Va hacia el centro y no se desvía, entre el cruce de ambos esta la imagen virtual derecha y Pequeña. Lente de aumento Se llama microscopio simple y su función es aumentar la imagen del objeto, este objeto debe Colocarse entre el primer foco y la lente para formar una imagen virtual derecha y mayor. Ejemplos de instrumentos ópticos Telescopios, microscopios, gemelos de teatro, cámaras fotográficas y el ojo humano
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    El ojo Está formadopor retina lente y músculo, pupila, cornea y diafragma o iris, la lente es flexible y cambia su distancia focal y el iris permite administrar el paso de la luz, Cámara fotográfica Este sistema está formado por una lente y una caja obscura que permite la exposición de una Película que se impresionara por la luz que deje pasar el diafragma. Defectos del ojo El daltonismo no permite distinguir el rojo del verde, y las aberraciones cromáticas dependen de la lente y su músculo. Hipermiopia Llamada vista larga, las imágenes se forman detrás de la retina, por lo que deberá alejarse el Periódico de la mano para verlo bien, este defecto se corrige con lentes convergentes Miopía Llamada vista corta. Las imágenes se forman delante de la retina, por lo que deberá acercares El periódico de la mano para verlo bien, este defecto se corrige con lentes divergentes Astigmatismo Defecto producido por la superficie frontal de la cornea del ojo, relacionado por un chipote en el que hace que radialmente sean distintas las líneas trazadas a partir del centro, ocasionando que a lo lejos no se distingan los contornos, se corrige con lentes cilíndricas. Ámbito de la óptica geométrica desde los anteojos hasta los telescopios, su tratamiento es basándose en rayos de luz, los fenómenos son reflexión, refracción, desviación, en cuerpos translúcidos, espejos y Lentes, leyes de iluminación y obscuridad. 15.-ÓPTICA TÍSICA; DISPERSIÓN: ESPECTROSCOPIA; INTERFERENCIA; DIFRACCIÓN Y POLARIZACIÓN Espectro visible La dispersión de la luz se produce a través de un prisma, los colores van del rojo al violeta, El espectro formado es característico de la fuente de luz Espectroscopia Parte de la Física que estudia las fuentes incandescentes de luz, a fin de determinar su Composición química y su velocidad relativa. Características de los espectros incandescentes Presentan un grupo de líneas brillantes separadas con espacios obscuros, que identifican los elementos químicos presentes en la fuente, lo cual se hace posible comparando espectros atómicos conocidos en laboratorio. Espectros de líneas de absorción Ocurre cuando una fuente incandescente incide su luz en un vapor caliente, el cual absorbe ciertas líneas del espectro original, haciendo que en su lugar haya líneas obscuras en el lugar donde había líneas brillantes. Tipos de espectros Todas las fuentes incandescentes emiten espectros continuos de emisión, esto es una banda ccontinua de luz que contiene todos los colores del arcoíris. Líneas de Fraunhofer Espectro solar es de líneas obscuras que indican que la atmósfera del sol contiene elementos cuyas longitudes de onda características han sido absorbidas del espectro continuo de emisión por la parte interior del sol, así la línea d de Fraunhofer se refiere al doblete del sodio. Dispersión óptica del de un espectro Se mide frecuentemente por el grado con que el instrumento puede separar las líneas de este Doblete. Descubrimiento del helio
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    Ciertas líneas delespectro solar que no fueron identificadas postularon a un nuevo Elemento llamado helio como elemento del sol antes que su presencia en la tierra fuera Descubierta. Experimentos con un prisma La luz blanca se descompone en colores demostrando que está formada por la composición de colores, así mismo un segundo prisma es capaz de invertir el proceso y a partir de la dispersión producir nuevamente un rayo de luz blanca. Mezcla de colores La suma de los tres colores primarios (rojo, verde y azul) son suficientes para producir luz blanca y que su combinación produce prácticamente cualquier color, así mismo parejas de colores como el añil y amarillo o bien el solferino y el verde producen el blanco con una buena aproximación. Suma y resta de colores La suma de colores se obtiene de reflectores de luz a través de un filtro y la resta es la pigmentación o pintura de estos. El color Es la absorción selectiva de la luz, asi una manzana roja aparecerá negra cuando es iluminada Con luz estrictamente verde, porque en ella no hay posibilidad que se refleje el color rojo. Interferencia Cuando se hace incidir luz en una regula de doble ranura se encuentra que aparecen en la pantalla una iluminación de franjas brillantes y obscuras, que son explicadas por la teoría ondulatoria por la superposición de ondas, en lugares en donde se refuerzan y en otras se elimina debido a que coinciden o bien se desfasan, las bandas brillantes representa Interferencia constructiva y las obscuras destructiva. Difracción otro método para producir dispersión de los colores es la difracción, que es un fenómeno de desviación selectiva de los rayos de luz de acuerdo a su longitud de onda, ocurriendo cuando las ondas tocan los bordes de pantallas, siendo las ondas largas (rojo) las mas desviadas. Gratícula de difracción Se obtiene rayando varios millares de líneas por centímetro, en una lamina de vidrio transparente con una punta diamante, este fenómeno es en realidad de interferencia y para su interpretación se recure a la teoría ondulatoria, Espectroscopio de red o de cratícula facilitan la medición de la longitud de onda de la luz, el espectro formado esta a ambos lados de la franja central de luz blanca no desviada y va del rojo al violeta para ambos lados, se pueden construir cratículas a bajo costo sobre colodión. Colores de las películas delgadas debidas a interferencias Son producidas por películas muy delgadas como las del aceite en el agua o el nácar de las conchas de ostiones, son fenómenos de interferencia en donde la luz de una superficie interfiere con otra, asi mismo su espesor se mide por el color. Fenómenos interferométricos se emplea para mediciones de precisión hasta millonésimas de centímetro, haciendo posible su aplicación en el intercambio de partes de automóviles modernos que deben estar ajustados con claros o espacios muy pequeños del orden de milésimos de centímetro. Vidrio invisible se recubre el vidrio con una película cuya luz reflejada debe interferir destructivamente Con la luz reflejada de una cara a la otra, con la finalidad de evitar los reflejos que afectan La lente de cámaras, vidrio de relojes y medidores eléctricos. Luz polarizada Cuando un rayo de luz pasa a través de un cristal de turmalina o disco polarizado su plano de vibración se alinea en una sola dirección, ya que una de las dos componentes de la radiación electromagnética de la luz se ha eliminado y solo es posible que atraviese un segundo cristal de turmalina o disco polarizado si está orientado exactamente como el primero.
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    Sistema polarizador Cuando laluz se hace pasar por un disco polarizado y después por el segundo, al primero se le llama disco polarizador y al segundo analizador, ya que al variarlo conocemos el plano de s vibración del primero. Naturaleza de la luz polarizada Como la luz es un fenómeno electromagnético transversal con dos planos perpendiculares r; de vibración de campo eléctrico uno y el otro de campo magnético, un cristal de turmalina o disco polarizado hace que la luz quede polarizada plana, lo que comprueba su naturaleza Polarización por reflexión Toda la luz esta polarizada por reflexión solamente, por esta razón son efectivos los anteojos polarizados para eliminar la componente polarizada dé la luz reflejada, la luz del cielo también esta polarizada debido a las partículas de aire, el cielo al medio día se ve azul por la luz reflejada y rojo en el atardecer por la luz transmitida. Fotoelasticidad La luz polarizada tiene importancia cuando se iluminan estructuras sujetas a esfuerzos como la estructura de un edificio, las alas de un avión, puentes y barcos, etc., tomando en consideración que la luz normal es transparente en cambio cuando las estructuras están sometidas a esfuerzo la luz polarizada se torna opaca. Importancia del análisis de fotoelasticidad Se emplea para evitar un sacrificio de la resistencia en aras del peso, para calcular los Límites críticos en la resistencia de materiales. Ámbito de la óptica Física Desde la espectroscopia, la ciencia del color, interferencia, difracción, rejillas de una o dos Aberturas, colores en películas delgadas, vidrio invisible, polarización y fotoelasticidad. Ámbito de la óptica cuántica Efecto fotoeléctrico, efecto Compton producción de pares, en el primero ciertos materiales fotosensibles son capaces de establecer una corriente eléctrica cuando se les hace incidir luz con una cierto umbral de frecuencia critica y son utilizados en los elevadores automáticos, para el segundo un rayo de luz puede formar materia creando un electrón y un positrón que se disparan opuestamente.